DE112015003596T5

DE112015003596T5 - Strömungsvolumenverhältniszahl-berechnungsvorrichtung, mit selbiger ausgestattete steuervorrichtung, mit dieser steuervorrichtung ausgestattete gasturbinenanlage, strömungsvolumenverhältniszahl-berechnungsverfahren, und brennstoffleitung-steuerverfahren

Info

Publication number: DE112015003596T5
Application number: DE112015003596.6T
Authority: DE
Inventors: Jotaro Nakagawa
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2017-06-08
Also published as: CN106460678A; JP2016037883A; US20170292458A1; KR20170007424A; KR101885453B1; CN106460678B; US11773789B2; JP6332747B2; WO2016021390A1

Abstract

Eine Gasturbine umfasst Folgendes: mehrere Brennstoffsysteme; eine Brennkammer, die Brennstoffe von den mehreren Brennstoffsystemen in Druckluft verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen; und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird. Eine Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung (140), die die Strömungsvolumenverhältniszahl der Brennstoffe, die in den mehreren Brennstoffsystemen strömen, berechnet, umfasst Rechner (140p, 140t), die Werte von einem ersten Parameter (CLCSO) und einem zweiten Parameter (%Last) empfangen, die den Verbrennungszustand in der Brennkammer ausdrücken können, und die die Strömungsvolumenverhältniszahl relativ zu den empfangenen Werten der beiden Parameter anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen den beiden Parametern und der Strömungsvolumenverhältniszahl berechnen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie zum Berechnen einer Strömungsvolumenverhältniszahl von Brennstoffen, die einer Brennkammer von mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden. Diese Anmeldung beansprucht Priorität aufgrund der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-160606 , eingereicht in Japan am 6. August 2014, deren Inhalte durch Bezugnahme hierin eingeschlossen sind.
Stand der Technik
Eine Gasturbine umfasst einen Kompressor, der Luft komprimiert, eine Brennkammer, die Kraftstoff in der vom Kompressor komprimierten Luft verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird. Einige Brennkammern umfassen einen Zündbrenner, der einen Brennstoff einer Diffusionsverbrennung unterzieht, und einen Hauptbrenner, der einen Brennstoff einer Vorgemischverbrennung unterzieht. Mit einer solchen Brennkammer muss die Strömungsvolumenverhältniszahl der Brennstoffe, die den jeweiligen Brennern zugeführt werden, gehandhabt werden, um beispielsweise die Verbrennungsstabilität der Brennstoffe zu verbessern.
Gemäß der im nachstehend angeführten Patentdokument 1 offenbarten Technologie wird beispielsweise eine Strömungsvolumenverhältniszahl von Brennstoffen, die den jeweiligen Brennern zugeführt werden, in Übereinstimmung mit einem Wert bestimmt, der durch einen Verbrennungslast-Befehl angegeben wird, welcher durch Nichtdimensionalisieren der Temperatur eines Eingangs einer Turbine empfangen wird, in die Verbrennungsgas von der Brennkammer strömt.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentdokument

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2007-077867A

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
In den letzten Jahren sind Einschränkungen in Bezug auf Abgase von Gasturbinen immer strikter geworden, wodurch Brennstoff in Brennkammern unter strikten Bedingungen verbrannt werden muss. Das erfordert eine Technologie zum stabilen Verbrennen von Brennstoff sogar unter Bedingungen, die für die Verbrennung nicht günstig sind.
In Anbetracht des Vorstehenden ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung das Bereitstellen einer Technologie, die die Verbrennungsstabilität in einer Brennkammer verbessern kann.
Technische Lösung
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist eine Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung, die in einer Gasturbine vorgesehen ist, die mehrere Brennstoffsysteme, einen Kompressor, der Luft komprimiert, um Druckluft zu erzeugen, eine Brennkammer, die Brennstoffe von mehreren Brennstoffsystemen in der Druckluft verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine umfasst, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird. Die Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung, die eine Strömungsvolumenverhältniszahl der Brennstoffe, die in den mehreren Brennstoffsystemen strömen, berechnet, umfasst einen Rechner, der Werte von zwei Parametern empfängt, die einen Verbrennungszustand in der Brennkammer ausdrücken können, und der die Strömungsvolumenverhältniszahl relativ zu den empfangenen Werten der beiden Parameter anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen den beiden Parametern und der Strömungsvolumenverhältniszahl berechnet.
Der Verbrennungszustand in der Brennkammer kann durch zwei Parameter ausgedrückt werden. Gemäß dieser Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung werden die Werte der beiden Parameter, die den Verbrennungszustand ausdrücken können, empfangen und eine Strömungsvolumenverhältniszahl wird in Übereinstimmung mit diesen Werten bestimmt. Folglich kann gemäß dieser Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung der Verbrennungszustand besser verstanden werden, wenn die Strömungsvolumenverhältniszahl in Übereinstimmung mit einem Verbrennungszustand, der nur von einem Verbrennungslast-Befehlswert bestimmt wird, bestimmt wird, und eine Strömungsvolumenverhältniszahl in Übereinstimmung mit diesem Verbrennungszustand bestimmt werden kann. Beachten Sie, dass der Verbrennungslast-Befehlswert ein Wert ist, der durch Nichtdimensionalisieren der Eingangstemperatur der Turbine, in die das Verbrennungsgas von der Brennkammer strömt, empfangen wird. Folglich kann gemäß der Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung die Verbrennungsstabilität des Brennstoffs weiter verbessert werden, wobei die Strömungsvolumenverhältniszahl der Brennstoffe, die in den mehreren Brennstoffsystemen strömen, auf die Strömungsvolumenverhältniszahl eingestellt wird, die von der Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung berechnet wird.
In der Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung gemäß dem zuvor beschriebenen Aspekt kann hier von den beiden vom Rechner empfangenen Parametern ein erster Parameter ein mit der Eingangstemperatur korrelierter Wert sein, der ein Wert ist, der sich in Korrelation mit einer Änderung bei einer Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine oder der Eingangstemperatur selbst ändert, und ein zweiter Parameter ein mit der Strömungsgeschwindigkeit korrelierter Wert sein kann, der sich in Korrelation mit einer Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases in der Brennkammer ändert.
In diesem Fall kann der mit der Strömungsgeschwindigkeit korrelierte Wert einer von einem Ausgang der Gasturbine, einem Lastfaktor, der ein Prozentsatz einer derzeitigen Last relativ zu einer maximal zugelassenen Last in der Gasturbine ist, einem Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, und einem Strömungsvolumen der Luft sein, die vom Kompressor angesaugt wird.
Ferner kann in der Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung gemäß dem zuvor beschriebenen Aspekt von den beiden Parametern, die vom Rechner empfangen werden, ein erster Parameter ein Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe sein, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, und ein zweiter Parameter kann ein Strömungsvolumen der Luft sein, die vom Kompressor angesaugt wird.
Ferner kann in jeder der oben beschriebenen Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtungen der Rechner Folgendes umfassen: eine Strömungsvolumenverhältniszahl-Rechenvorrichtung, die die Strömungsvolumenverhältniszahl relativ zum empfangenen Wert des ersten Parameters von einer vorher festgelegten Beziehung zwischen dem ersten Parameter und der Strömungsvolumenverhältniszahl bestimmt; eine Korrekturwert-Rechenvorrichtung, die einen Korrekturwert in Übereinstimmung mit dem empfangenen Wert des zweiten Parameters anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen dem zweiten Parameter und einem Korrekturwert für die Strömungsvolumenverhältniszahl bestimmt; und eine Korrekturvorrichtung, die die Strömungsvolumenverhältniszahl, die von der Strömungsvolumenverhältniszahl-Rechenvorrichtung bestimmt wurde, mit dem Korrekturwert, der von der Korrekturwert-Rechenvorrichtung bestimmt wurde, korrigiert.
Ferner kann in der Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung einschließlich der Korrekturwert-Rechenvorrichtung die vorher bestimmte Beziehung, die von der Korrekturwert-Rechenvorrichtung verwendet wird, eine Beziehung zwischen dem zweiten Parameter und der Strömungsvolumenverhältniszahl sein, wenn der erste Parameter konstant ist.
Ferner kann in jeder der oben beschriebenen Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtungen, in dem Fall, in dem die Brennkammer einen ersten Brenner, der einen Brennstoff einer Diffusionsverbrennung unterzieht, und einen zweiten Brenner umfasst, der einen Brennstoff einer Vorgemischverbrennung unterzieht, und die Gasturbine als die mehreren Brennstoffsysteme, ein erstes Brennstoffsystem, das dem ersten Brenner Brennstoff zuführt, und ein zweites Brennstoffsystem umfasst, das einen Brennstoff zu einem zweiten Brenner leitet, die Strömungsvolumenverhältniszahl eine Verhältniszahl eines Strömungsvolumens des Brennstoffs, der der Brennkammer vom ersten Brennstoffsystem zum Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffkammern zugeführt werden, zugeführt wird, umfassen.
Ferner kann in jeder der oben beschriebenen Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtungen, in dem Fall, in dem die Brennkammer einen Brenner umfasst, der einen Brennstoff einspritzt, und die Gasturbine als die mehreren Brennstoffsysteme, ein Brennstoffsystem, das dem Brenner einen Brennstoff zuführt, und ein stromaufwärtiges Versorgungssystem umfasst, das der Druckluft, die dem Brenner zugeführt wird, Brennstoff zuführt, die Strömungsvolumenverhältniszahl eine Verhältniszahl eines Strömungsvolumen des Brennstoffs, der der Brennkammer vom Brennersystem zum Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Kraftstoffsystemen zugeführt werden, zugeführt wird, umfassen.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, umfasst eine Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung Folgendes: jede der oben beschriebenen Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtungen; eine Gesamtströmungsvolumen-Rechenvorrichtung, die das Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, bestimmt; eine Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung, die ein Brennstoffströmungsvolumen in jedem der mehreren Brennstoffsysteme anhand des Gesamtströmungsvolumens, das von der Gesamtströmungsvolumen-Rechenvorrichtung bestimmt wurde, und von der Strömungsvolumenverhältniszahl, die von der Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung berechnet wurde, bestimmt; und eine Ventilsteuervorrichtung, die ein Steuersignal an ein Brennstoffströmungsvolumen-Regelventil, das in jedem der mehreren Brennstoffsysteme vorgesehen ist, ausgibt, derart, dass das Brennstoffströmungsvolumen in jedem der mehreren Brennstoffsystemen das entsprechende Brennstoffströmungsvolumen wird, das von der Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung bestimmt wird.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, umfasst eine Gasturbinenanlage gemäß einem Aspekt der Erfindung die Steuervorrichtung und die Gasturbine.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist ein Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren für eine Gasturbine, die mehrere Brennstoffsysteme, einen Kompressor, der Luft komprimiert, um Druckluft zu erzeugen, eine Brennkammer, die Brennstoffe von mehreren Brennstoffsystemen in der Druckluft verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine umfasst, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird. Das Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren zum Berechnen einer Strömungsvolumenverhältniszahl der Brennstoffe, die in den mehreren Brennstoffsystemen strömen, umfasst: einen Empfangsschritt, um Werte von zwei Parametern zu empfangen, die einen Verbrennungszustand in der Brennkammer ausdrücken können; und einen Berechnungsschritt zum Bestimmen der Strömungsvolumenverhältniszahl relativ zu den Werten der beiden im Empfangsschritt empfangenen Parametern anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen den beiden Parametern und der Strömungsvolumenverhältniszahl.
Im Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren gemäß dem zuvor beschriebenen Aspekt kann von den beiden vom Rechner empfangenen Parametern im Empfangsschritt ein erster Parameter ein mit einer Eingangstemperatur korrelierter Wert sein, der ein Wert ist, der sich in Korrelation mit einer Änderung bei einer Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine oder der Eingangstemperatur selbst ändert und ein zweiter Parameter kann ein mit einer Strömungsgeschwindigkeit korrelierter Wert sein, der sich in Korrelation mit einer Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases in der Brennkammer ändert.
In diesem Fall kann der mit der Strömungsgeschwindigkeit korrelierte Wert einer von einem Ausgang der Gasturbine, einem Lastfaktor, der ein Prozentsatz einer derzeitigen Last relativ zu einer maximal zugelassenen Last in der Gasturbine ist, einem Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, und einem Strömungsvolumen der Luft sein, die vom Kompressor angesaugt wird.
Ferner kann im Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren gemäß dem zuvor beschriebenen Aspekt von den beiden Parametern, die im Empfangsschritt empfangen wurden, ein erster Parameter ein Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe sein, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, und der zweite Parameter kann ein Strömungsvolumen der Luft sein, die vom Kompressor angesaugt wird.
Ferner kann in jedem der oben beschriebenen Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren der Berechnungsschritt Folgendes umfassen: einen Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsschritt zum Bestimmen der Strömungsvolumenverhältniszahl relativ zum Wert des im Empfangsschritt empfangenen ersten Parameters anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen dem ersten Parameter und der Strömungsvolumenverhältniszahl; einen Korrekturvolumen-Berechnungsschritt zum Bestimmen eines Korrekturwerts in Übereinstimmung mit dem Wert des im Empfangsschritt empfangenen zweiten Parameters anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen dem zweiten Parameter und einem Korrekturwert für die Strömungsvolumenverhältniszahl; und einen Korrekturschritt zum Korrigieren der Strömungsvolumenverhältniszahl, die im Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsschritt mit dem Korrekturwert, der im Korrekturwert-Berechnungsschritt bestimmt wurde, bestimmt wurde.
In diesem Fall kann die vorher bestimmte Beziehung, die im Korrekturwert-Berechnungsschritt verwendet wird, eine Beziehung zwischen dem zweiten Parameter und der Strömungsvolumenverhältniszahl sein, wenn der erste Parameter konstant ist.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, umfasst ein Brennstoffsystem-Steuerverfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung, in dem eines der oben beschriebenen Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren ausgeführt wird, Folgendes: einen Gesamtströmungsvolumen-Berechnungsschritt zum Bestimmen eines Gesamtströmungsvolumens der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden; einen Systemströmungsvolumen-Berechnungsschritt zum Bestimmen eines Brennstoffströmungsvolumens in jedem der mehreren Brennstoffsysteme anhand des Gesamtströmungsvolumens, das im Gesamtströmungsvolumen-Berechnungsschritt bestimmt wird, und die Strömungsvolumenverhältniszahl, die durch das Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren berechnet wird; und einen Ventilsteuerschritt zum Ausgeben eines Steuersignals an ein Brennstoffströmungsvolumenregelventil, das in jedem der mehreren Brennstoffsysteme vorgesehen ist, derart, dass das Brennstoffströmungsvolumen in jedem der mehreren Brennstoffsysteme zum entsprechenden Brennstoffströmungsvolumen wird, das im Systemströmungsvolumen-Berechnungsschritt bestimmt wurde.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann die Verbrennungsstabilität von Brennstoff in einer Brennkammer verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Anlagenschema, das eine Gasturbinenanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine Querschnittsansicht einer Brennkammer gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht des Hauptabschnitts der Brennkammer gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen Verbrennungslast-Befehlsgenerator gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Lastfaktor-Rechenvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen Brennstoffströmungsvolumen-Befehlsgenerator gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
9 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung und eine Ventilsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Lastfaktor und einer IGV-Öffnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Vor-Korrekturzündverhältniszahl (PL₀-Verhältniszahl) und einem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einem Zündverhältniszahl-Korrekturwert Cp und dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Vor-Korrekturzylinderhutverhältniszahl (TH₀-Verhältniszahl) und dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Vor-Korrekturzylinderhutverhältniszahl (TH₀-Verhältniszahl) und einer Nach-Korrekturzylinderhutverhältniszahl (TH-Verhältniszahl), und einem Lastfaktor %Last; und eine Beziehung zwischen einem Zylinderhutverhältniszahl-Korrekturwert Ct und dem Lastfaktor %Last gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
15A bis 15F sind Graphen, die die Veränderungen von unterschiedlichen Parametern abhängig von den Änderungen eines Zustandes einer Gasturbine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Insbesondere ist 15A ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Lastfaktor %Last und der IGV-Öffnung darstellt. 15B ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Lastfaktor %Last und dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO darstellt. 15C ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO und der Vor-Korrekturzündverhältniszahl (PL₀-Verhältniszahl) darstellt. 15D ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Lastfaktor %Last und der Vor-Korrekturzündverhältniszahl (PL₀-Verhältniszahl) darstellt. 15E ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Lastfaktor %Last und dem Korrekturwert Cp darstellt. 15F ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Lastfaktor %Last und der Nach-Korrektur- und Vor-Korrekturzündverhältniszahlen (jeweils PL-Verhältniszahl und PL₀-Verhältniszahl) darstellt.
16 ist ein Fließschema, das die Operationen der Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
17 ist ein Erläuterungsschema, das unterschiedliche Parameter darstellt, die Verbrennungszustände von Brennstoff in der Brennkammer ausdrücken.
18 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung gemäß einer Weiterbildung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beschreibung der Ausführungsform
Ausführungsform
Eine Ausführungsform einer Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung; einer Steuervorrichtung und einer Gasturbinenanlage einschließlich der Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Gasturbine 10 und einen Generator 29, der durch die Gasturbine 10 angetrieben wird, um Strom zu erzeugen. Die Gasturbine 10 umfasst einen Kompressor 11, der Luft komprimiert, eine Brennkammer 31, die einen Brennstoff F in der vom Kompressor 11 komprimierten Luft verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine 21, die durch das Hochtemperatur-Hochdruck-Verbrennungsgas angetrieben wird.
Der Kompressor 11 umfasst einen Kompressorrotor 13, der sich um eine Achse des Kompressors 11 dreht, ein Kompressorgehäuse 12, das den Kompressorrotor 13 abdeckt, während es dem Kompressorrotor 13 das Drehen ermöglicht, und eine Einlassführungsschaufel (IGV) 14, die an einer Einlassöffnung des Kompressorgehäuses 12 vorgesehen ist. Die IGV 14 umfasst mehrere Führungsschaufeln 15 und einen Antrieb 16, der die mehreren Führungsschaufeln 15 antreibt. Die IGV 14 passt ein Strömungsvolumen der Luft, die in das Kompressorgehäuse 12 eingelassen wird, an.
Die Turbine 21 umfasst einen Turbinenrotor 23, der durch das Verbrennungsgas von der Brennkammer 31 um die Achse gedreht wird, und ein Turbinengehäuse 22, das den Turbinenrotor 23 abdeckt, während es dem Turbinenrotor 23 das Drehen ermöglicht. Der Turbinenrotor 23 und der Kompressorrotor 13 drehen sich um dieselbe Achse und sind miteinander verbunden, um einen Gasturbinenrotor 28 zu bilden. Ein Rotor des Generators 29 ist mit diesem Gasturbinenrotor 28 verbunden.
Wie in 2 beschrieben, umfasst die Brennkammer 31 Folgendes: einen Außenzylinder 32, der an das Turbinengehäuse 22 angebracht ist; eine Verbrennungsauskleidung 33 (oder Übergangsstück) 33, das im Turbinengehäuse 22 angeordnet ist und das Verbrennungsgas in einen Verbrennungsgasströmungskanal der Turbine 21 leitet; und einen Brennstoffversorger 41, der der Verbrennungsauskleidung 33 Brennstoff und Luft zuführt.
Wie in 2 und 3 dargestellt, umfasst der Brennstoffversorger 41 Folgendes: einen Brennkammerkorb 42; einen Zündbrenner (erster Brenner) 43, der auf der Mittelachsenlinie des Brennkammerkorbs 42 angeordnet ist; mehrere Hauptbrenner (zweite Brenner) 53, die in einer Umfangsrichtung rund um den Zündbrenner 43 in gleichen Abständen angeordnet sind; und eine Zylinderhutdüse 51, die auf der Innenumfangsseite des Außenzylinders 32 und einer Außenumfangsseite des Brennkammerkorbs 42 angeordnet ist. Beachten Sie im Folgenden in Bezug auf eine Richtung, in die die Mittelachsenlinie des Brennkammerkorbs 42 verläuft, eine Seite, in deren Richtung Verbrennungsgas G in der Verbrennungsauskleidung 33 strömt, als „stromabwärtige Seite” und die ihr gegenüberliegende Seite als eine „stromaufwärtige Seite” bezeichnet wird.
Der Zündbrenner 43 umfasst eine Zünddüse 44, die auf der Mittelachsenlinie des Brennkammerkorbs 42 angeordnet ist, und ein röhrenförmiges Zündluftrohr 45, das den Außenumfang der Zünddüse 44 umgibt. Eine stromabwärtige Seite des Zündluftrohrs 45 bildet einen Zündkegel 46, dessen Durchmesser in Richtung der stromabwärtigen Seite allmählich größer wird. Die Innenumfangsseite des Zündluftrohrs 45 bildet einen Zündluftkanal 48, durch den eine Druckluft Ac vom Kompressor 11 als eine Zündluft Ap strömt. Ein Zündbrennstoff Fp, der von der Zünddüse 44 eingespritzt wird, wird (durch Diffusionsverbrennung) in der Zündluft Ap, die vom Zündluftkanal 48 ausgelassen wird, verbrannt, um eine Diffusionsflamme 49 zu bilden.
Jeder der Hauptbrenner 53 umfasst Folgendes: einen röhrenförmigen Luftinnenzylinder 55, der den Außenumfang des Zündluftrohrs 45 umgibt; einen röhrenförmigen Luftaußenzylinder 56, der den Außenumfang des Hauptluftinnenzylinders 55 umgibt; mehrere Trennplatten 57; und eine Hauptdüse 54, die zwischen den mehreren Trennplatten 57 vorgesehen ist. Die mehreren Trennplatten 57 unterteilen einen ringförmigen Raum zwischen der Außenumfangsseite des Hauptluftinnenzylinders 55 und der Innenumfangsseite des Hauptluftaußenzylinders 56 in mehrere Räume in der Umfangsrichtung. Die mehreren Räume, die durch den Hauptluftinnenzylinder 55, den Hauptluftaußenzylinder 56 und die mehreren Trennplatten 57 definiert werden, bilden einen Hauptluftkanal 58, in dem die Druckluft Ac vom Kompressor 11 als eine Hauptluft Am strömt. Ein Hauptbrennstoff Fm wird von der Hauptdüse 54, die im Hauptluftkanal 58 angeordnet ist, in die Hauptluft Am, die im Hauptluftkanal 58 strömt, eingespritzt. Daher strömt ein Gasvorgemisch, was eine Mischung der Hauptluft Am und des Hauptbrennstoffs Fm ist, in den Hauptluftkanal 58 von einem Spitzenendabschnitt (stromabwärtiges Ende) zur Hauptdüse 54 in Richtung der stromabwärtigen Seite. Nach dem Ausströmen aus dem Hauptluftkanal 58 wird dieses Gasvorgemisch verbrannt (durch Vorgemischverbrennung) und bildet eine vorgemischte Flamme 59. Die oben beschriebene Diffusionsflamme 49 erfüllt eine Rolle der Stabilisierung dieser vorgemischten Flamme 59.
Ein Raum zwischen der Innenumfangsseite des Außenzylinders 32 und der Außenumfangsseite des Brennkammerkorbs 42 bildet einen Druckluftkanal 52, der die Druckluft Ac vom Kompressor 11 zum Brennkammerkorb 42 leitet. Die Zylinderhutdüse 51 spritzt einen Zylinderhutbrennstoff Ft in diesen Druckluftkanal 52. Wenn daher Zylinderhutbrennstoff Ft in den Druckluftkanal 52 gespritzt wird, wird der Zylinderhutbrennstoff Ft in die Hauptluft Am und die Zündluft Ap gemischt.
Wie in 1 und 2 dargestellt, umfasst die Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner Folgendes: eine Zündbrennstoffleitung (erstes Brennstoffsystem) 61, die den Zündbrennstoff Fp zur Zünddüse 44 leitet; eine Hauptbrennstoffleitung (zweites Brennstoffsystem) 62, die den Hauptbrennstoff Fm zur Hauptdüse 54 leitet; eine Zylinderhutbrennstoffleitung (stromaufwärtiges Versorgungssystem) 63, die den Zylinderhutbrennstoff Ft zur Zylinderhutbrennstoffdüse 51 leitet; ein Zündbrennstoffventil 65, das ein Strömungsvolumen des Zündbrennstoffs Fp anpasst; ein Hauptbrennstoffventil 66, das ein Strömungsvolumen des Hauptbrennstoffs Fm anpasst; ein Zylinderhutbrennstoffventil 67, das ein Strömungsvolumen des Zylinderhutbrennstoffs Ft anpasst; und eine Steuervorrichtung 100, die Operationen der Brennstoffventile 65, 66, 67 und dergleichen steuert.
Die Zündbrennstoffleitung 61, die Hauptbrennstoffleitung 62 und die Zylinderhutbrennstoffleitung 63 zweigen alle von einer Brennstoffleitung 60 ab. Das Zündbrennstoffventil 65 ist in der Zündbrennstoffleitung 61 vorgesehen, das Hauptbrennstoffventil 66 ist in der Hauptbrennstoffleitung 62 vorgesehen und das Zylinderhutventil 67 ist in der Zylinderhutbrennstoffleitung 63 vorgesehen.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner Folgendes: ein Drehzahlmessgerät 71, das eine Drehzahl N des Gasturbinenrotors 28 erfasst; ein Ausgangsmessgerät 72, das einen Ausgang PW des Generators 29 erfasst; ein Eingangstemperaturmessgerät 73, das eine Eingangstemperatur Ti erfasst, was eine Temperatur von Luft A ist, die vom Kompressor 11 eingelassen wird; ein Eingangsdruckmessgerät 74, das einen Eingangsdruck (Atmosphärendruck) Pi erfasst, was ein Druck der Luft ist, die vom Kompressor 11 eingelassen wird; ein Flügelpfadtemperaturmessgerät 75, das eine Flügelpfadtemperatur Tb erfasst; und ein Abgastemperaturmessgerät 76, das eine Temperatur Te von Abgas erfasst. Die Flügelpfadtemperatur Tb, die vom Flügelpfadtemperaturmessgerät 75 erfasst wird, ist die Temperatur des Verbrennungsgases unverzüglich nach der letzten Stufe der Turbine 21. Die Temperatur Te des Abgases, die vom Abgastemperaturmessgerät 76 erfasst wird, ist die Temperatur des Abgases in einem Abgasschacht stromabwärts von der letzten Stufe der Turbine 21.
Wie in 4 dargestellt, umfasst die Steuervorrichtung 100 Folgendes: eine Schnittstelle 180, die Erfassungswerte von den Erfassungsmessgeräten und dergleichen empfängt; einen Verbrennungslast-Befehlsgenerator 110, der einen Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO erzeugt; eine Lastfaktor-Rechenvorrichtung 120, die einen derzeitigen Lastfaktor %Last der Gasturbine 10 bestimmt; einen Brennstoffströmungsvolumen-Befehlsgenerator 130, der einen Brennstoffströmungsvolumen-Befehlswert CSO erzeugt; einen Zündverhältniszahlrechner 140p, der eine Zündverhältniszahl (PL-Verhältniszahl) berechnet, welche die Verhältniszahl eines Zündbrennstoffströmungsvolumens Fpf zu einem Gesamtbrennstoffströmungsvolumen ist; einen Zylinderhutverhältniszahlrechner 140t, der eine Zylinderhutverhältniszahl (TH-Verhältniszahl) berechnet, was die Verhältniszahl eines Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumens Ftf zum Gesamtbrennstoffströmungsvolumen ist; eine Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung 160, die die Strömungsvolumen in den Brennstoffleitungen 61, 62 und 63 berechnet; und eine Ventilsteuervorrichtung 170, die die Steuersignale zu den Brennstoffventilen 65, 66 und 67 in Übereinstimmung mit den jeweiligen Strömungsvolumen in den Brennstoffleitungen 61, 62 und 63 ausgibt. Beachten Sie, dass in der vorliegenden Ausführungsform, der Zündverhältniszahlrechner 140p und der Zylinderhutverhältniszahlrechner 140t eine Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung 140 bilden.
Der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO ist ein Parameter, der durch Nichtdimensionalisieren einer Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 empfangen wird und der eine positive Korrelation mit der Eingangstemperatur aufweist. Der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO ist festgesetzt, um 0% zu sein, wenn die Eingangstemperatur auf ihrer unteren Grenze ist und 100%, wenn die Eingangstemperatur auf ihrer oberen Grenze ist. Wenn beispielsweise die untere Grenze der Eingangstemperatur 700°C ist und die obere Grenze der Eingangstemperatur 1.500°C ist, wird der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO mit der folgenden Gleichung ausgedrückt. CLCSO (%) = {(gemessener Wert von Generatorausgang – 700°CMW)/(1.500°CMW – 700°CMW)} × 100, wobei 700°CMW der Generatorausgang ist, wenn die Eingangstemperatur auf ihrer unteren Grenze von 700°C ist, und 1.500°CMW der Generatorausgang ist, wenn die Eingangstemperatur auf ihrer oberen Grenze von 1.500°C ist.
Wie in 5 dargestellt, umfasst der Verbrennungslast-Befehlsgenerator 110 eine erste Ausgaberechenvorrichtung 111a, eine zweite Ausgaberechenvorrichtung 111b, einen standardmäßigen Atmosphärendruckgenerator 112, einen ersten Teiler 113, einen ersten Multiplikator 114a, einen zweiten Multiplikator 114b, einen ersten Subtraktor 115a, einen zweiten Subtraktor 115b, einen zweiten Teiler 116 und einen Begrenzer 117. Die erste Ausgaberechenvorrichtung 111a bestimmt den Generatorausgang 700°CMW, der auftritt, wenn die Eingangstemperatur auf ihrer unteren Grenze von 700°C ist. Die zweite Ausgaberechenvorrichtung 111b bestimmt den Generatorausgang 700°CMW, der auftritt, wenn die Eingangstemperatur auf ihrer oberen Grenze von 1.500°C ist. Der standardmäßige Atmosphärendruckgenerator 112 erzeugt einen vorher festgelegten, standardmäßigen Atmosphärendruck Ps. Der erste Teiler 113 bestimmt eine Eingangsdruckverhältniszahl Pr, welche die Verhältniszahl des Eingangsdrucks Pi, der durch das Eingangsdruckmessgerät 74 erfasst wird, zum standardmäßigen Atmosphärendruck (standardmäßiger Eingangsdruck) Ps ist. Der erste Multiplikator 114a multipliziert den Generatorausgang 700°CMW, der von der ersten Ausgaberechenvorrichtung 111a bestimmt wird, mit der Eingangsdruckverhältniszahl Pr. Der zweite Multiplikator 114b multipliziert den Generatorausgang 1.500°CMW, der von der zweiten Ausgaberechenvorrichtung 111b bestimmt wird, mit der Eingangsdruckverhältniszahl Pr. Der erste Subtraktor 115a subtrahiert das Multiplikationsergebnis, das durch den ersten Multiplikator 114a erhalten wurde, vom gemessenen Ausgang PW des Generators 29, der vom Ausgangsmessgerät 72 erfasst wurde. Der zweite Subtraktor 115b subtrahiert das Multiplikationsergebnis, das vom ersten Multiplikator 114a erhalten wurde, vom Multiplikationsergebnis, das vom zweiten Multiplikator 114b erhalten wurde. Der zweite Subtraktor 116 subtrahiert das Multiplikationsergebnis, das vom ersten Multiplikator 115a erhalten wurde, vom Multiplikationsergebnis, das vom zweiten Multiplikator 115b erhalten wurde. Der Begrenzer 117 begrenzt eine Anstiegs-/Abfallverhältniszahl des Ausgangs vom zweiten Teiler 116.
Die erste Ausgaberechenvorrichtung 111a bestimmt den Generatorausgang 700°CMW, der auftritt, wenn die Eingangstemperatur 700°C ist, wobei eine Funktion H₁x verwendet wird und die Eingangstemperatur Ti und ein IGV-Öffnungsbefehlswert als variable Parameter definiert sind. Die zweite Ausgaberechenvorrichtung 111b bestimmt den Generatorausgang 700°CMW, der auftritt, wenn die Eingangstemperatur 1.500°C ist, wobei eine Funktion H₂x verwendet wird und die Eingangstemperatur Ti und den IGV-Öffnungsbefehlswert als variable Parameter definiert sind.
Der IGV-Öffnungsbefehlswert ist hier ein Befehlswert, der dem Antrieb 16 der IGV 14 durch die Steuervorrichtung 100 übertragen wird, und das spezifiziert eine IGV-Öffnung. Dieser IGV-Öffnungsbefehlswert wird beispielsweise vom Atmosphärendruck Pi bestimmt, was der Druck am Eingang des Kompressors 11, ein Druck am Ausgang des Kompressors 11, der derzeitige Lastfaktor %Last der Gasturbine 10 und dergleichen ist. Eine Beziehung zwischen dem Lastfaktor %Last und der IGV-Öffnung ist, wie beispielsweise in 10 dargestellt, eine Beziehung, bei der die IGV-Öffnung steigt, wenn der Lastfaktor %Last steigt. Die Anstiegsmenge der IGV-Öffnung relativ zu einer Anstiegsmenge beim Lastfaktor %Last, der Lastfaktor %Last, bei dem die IGV-Öffnung zu steigen beginnt, und dergleichen ändern sich abhängig vom Operationsplan für die Gasturbine 10, den Atmosphärendruck Pi, welcher der Druck am Eingang des Kompressors 11 ist, und dergleichen. Obwohl das Vorstehende ein Beispiel zum Bestimmen der IGV-Öffnung vom Lastfaktor %Last beschreibt, kann die IGV-Öffnung unter Verwendung des Ausgangs PW des Generators 29 bestimmt werden, welches der Ausgang der Gasturbine 10 ist, anstatt des Lastfaktors %Last.
Die Ausgaberechenvorrichtungen 111a und 111b des Verbrennungslast-Befehlsgenerators 110 ändern die jeweilig bekannten Werte von 700°CMW und 1.500°CMW in dem Fall, wenn die Eingangstemperatur und der IGV-Öffnungsbefehlswert Referenzwerte für Werte sind, die der tatsächlichen Eingangstemperatur Ti und dem IGV-Öffnungsbefehlswert entsprechen, und geben die jeweiligen Nach-Änderungswerte als 700°CMW und 1.500°CMW aus.
Weiters werden der 700°CMW und der 1.500°CMW in Übereinstimmung mit einem gemessenen Wert Pi des Eingangsdrucks (Atmosphärendruck) korrigiert. Der erste Teiler 113 bestimmt insbesondere die Eingangsdruckverhältniszahl Pr, welche die Verhältniszahl des Eingangsdrucks (Atmosphärendruck) Pi, der durch das Eingangsdruckmessgerät 74 erfasst wird, zum standardmäßigen Atmosphärendruck (standardmäßiger Eingangsdruck) Ps vom standardmäßigen Atmosphärendruckgenerator 112 ist. Der erste Multiplikator 114a multipliziert den 700°CMW von der ersten Ausgaberechenvorrichtung 111a durch eine Eingangsdruckverhältniszahl Pr, um den 700°CMW zu einem Wert zu korrigieren, der der Eingangsdruckverhältniszahl Pr entspricht. Der zweite Multiplikator 114b multipliziert den 1.500°CMW von der zweiten Ausgaberechenvorrichtung 111b durch eine Eingangsdruckverhältniszahl Pr, um den 1.500°CMW zu einem Wert zu korrigieren, der der Eingangsdruckverhältniszahl Pr entspricht. Mit anderen Worten werden durch das Vorstehende die bekannten Werte von 700°CMW und 1.500°CMW in dem Fall, in dem die Eingangstemperatur und der IGV-Öffnungsbefehlswert Referenzwerte sind, zu Werte korrigiert, die der gemessenen Eingangstemperatur Ti, dem IGV-Öffnungsbefehlswert und der gemessenen Eingangsdruckverhältniszahl Pr entsprechen.
Der erste Subtraktor 115a subtrahiert den 700°CMW, der mit der Eingangsdruckverhältniszahl Pr vom gemessenen Ausgang PW des Generators 29, der vom Ausgangsmessgerät 72 erfasst wurde, korrigiert wurde. Mit anderen Worten bestimmt der erste Subtraktor 115a den Wert des Zählers in der obigen Gleichung. Der zweite Subtraktor 115b subtrahiert den 700°CMW, der mit der Eingangsdruckverhältniszahl Pr korrigiert wurde, vom 1.500°CMW, der mit der Eingangsdruckverhältniszahl Pr korrigiert wurde. Mit anderen Worten bestimmt der zweite Subtraktor 115b den Wert des Nenners in der obigen Gleichung.
Der zweite Teiler 116 dividiert den Wert des Zählers in der obigen Gleichung, der durch den ersten Subtraktor 115a bestimmt wurde, durch den Wert des Nenners in der obigen Gleichung, der durch den zweiten Subtraktor 115b bestimmt wurde, und gibt den resultierenden Wert als den Verbrennungslast-Befehlswert aus. Der Begrenzer 117 begrenzt die Anstiegs-/Abfallverhältniszahl des Verbrennungslast-Befehlswerts, was ein Änderungswert des Verbrennungslast-Befehlswerts vom zweiten Teiler 116 pro Zeiteinheit ist, derart, dass die Anstiegs-/Abfallverhältniszahl weniger oder gleich einem vorher festgelegten Wert ist.
Obwohl das Vorstehende die untere Grenze der Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 als 700°C und die obere Grenze davon als 1.500°C beschreibt, kann die untere Grenze und die obere Grenze der Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 abhängig vom Modelltyp der Brennkammer 31 und dergleichen unterschiedliche Werte von jenen im obigen Beispiel aufweisen.
Der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO, mit der Anstiegs-/Abfallverhältniszahl davon durch den Begrenzer 117 begrenzt, wird vom Verbrennungslast-Befehlsgenerator 110 ausgegeben.
Der Lastfaktor %Last der Gasturbine 10 ist ein Prozentsatz einer derzeitigen Last PW relativ zu einer Maximallast PWmax, die im derzeitigen Zustand der Gasturbine 10 zugelassen ist. Wie in 6 dargestellt, umfasst die Lastfaktor-Rechenvorrichtung 120 eine Maximallast-Rechenvorrichtung 121, die die Maximallast PWmax, die im derzeitigen Zustand der Gasturbine 10 zugelassen ist, bestimmt und einen Teiler 127, der die gemessene Last PW, welche der Ausgang des Generators 29 ist und vom Ausgangsmessgerät 72 erfasst wird, durch die Maximallast PWmax dividiert.
Die Maximallast-Rechenvorrichtung 121 umfasst Folgendes: eine erste Lastkoeffizienten-Rechenvorrichtung 122, die einen Maximallastkoeffizienten Ip basierend auf dem Eingangsdruck Pi bestimmt; eine zweite Lastkoeffizienten-Rechenvorrichtung 123, die einen Maximallastkoeffizienten It basierend auf der Eingangstemperatur Ti bestimmt; einen ersten Multiplikator 124, der den Maximallastkoeffizienten Ip mit dem Maximallastkoeffizienten It multipliziert; einen Minderungskoeffizientgenerator 125, der einen Minderungskoeffizienten K basierend auf einer Betriebszeit der Gasturbine 10 erzeugt; und einen zweiten Multiplikator 126, der das Multiplikationsergebnis vom ersten Multiplikator 124 mit dem Minderungskoeffizienten K multipliziert. Mit anderen Worten bestimmt die Maximallast-Rechnungsvorrichtung 121 die Maximallast PWmax basierend auf dem gemessenen Eingangsdruck Pi, der vom Eingangsdruckmessgerät 74 erfasst wurde, der gemessenen Eingangstemperatur Ti, die vom Eingangstemperaturmessgerät 73 erfasst wurde und dem Minderungskoeffizienten K der Gasturbine 10. Wie zuvor beschrieben, dividiert der Teiler 127 die gemessene Last PW, die der Ausgang des Generators 29 ist, welche vom Ausgangsmessgerät 72 erfasst wurde, durch die Maximallast PWmax, und gibt die resultierende Werte als den Lastfaktor %Last aus.
Der Brennstoffströmungsvolumen-Befehlswert CSO ist ein Wert, der ein Gesamtströmungsvolumen des Brennstoffs, der der Brennkammer 31 zugeführt wird, spezifiziert (nachstehend als „Gesamtbrennstoffströmungsvolumen” bezeichnet). Von daher dient der Brennstoffströmungsvolumen-Befehlsgenerator 130 als eine Gesamtströmungsvolumen-Rechenvorrichtung. Daher führt, wie nachstehend beschrieben wird, der Brennstoffströmungsvolumen-Befehlsgenerator 130 einen Gesamtbrennstoffströmungsvolumen-Berechnungsschritt aus, in dem das Gesamtbrennstoffströmungsvolumen berechnet wird.
Wie in 7 dargestellt, umfasst der Brennstoffströmungsvolumen-Befehlsgenerator 130 eine Drehzahlsteuervorrichtung 131, eine Laststeuervorrichtung 132, eine erste Temperatursteuervorrichtung 133, eine zweite Temperatursteuervorrichtung 134, einen Niedrigwertselektor 135 und einen Begrenzer 136. Die Drehzahlsteuervorrichtung 131 gibt einen Befehlswert für das Steuern des Gesamtbrennstoffströmungsvolumens aus, derart, dass die Drehzahl N des Gasturbinenrotors 28 eine Zieldrehzahl wird. Die Laststeuervorrichtung 132 gibt einen Befehlswert für das Steuern des Gesamtbrennstoffströmungsvolumens aus, derart, dass die Generatorausgabe PW dem Generatorausgangsbefehlswert entspricht. Die erste Temperatursteuervorrichtung 133 gibt einen Befehlswert für das Steuern des Gesamtbrennstoffströmungsvolumens aus, derart, dass die Flügelpfadtemperatur Tb der Gasturbine ihre obere Grenze nicht überschreitet. Die zweite Temperatursteuervorrichtung 134 gibt einen Befehlswert für das Steuern des Gesamtbrennstoffströmungsvolumens aus, derart, dass die Abgastemperatur Te ihre obere Grenze nicht überschreitet. Der Niedrigwertselektor 135 gibt den minimalsten oder niedrigsten Wert unter den Befehlswerten von den Steuervorrichtungen 131 bis 134 aus. Der Begrenzer 136 begrenzt eine Anstiegs-/Abfallverhältniszahl des Befehls vom Niedrigwertselektor 135.
Die Drehzahlsteuervorrichtung 131 empfängt die Drehzahl N vom Gasturbinenrotor 28 vom Drehzahlmessgerät 71 und gibt einen Befehlswert GVCSO zum Steuern des Gesamtbrennstoffströmungsvolumens aus, derart, dass die Drehzahl N des Gasturbinenrotors 28 der Zieldrehzahl entspricht. Insbesondere vergleicht die Drehzahlsteuervorrichtung 131 die gemessene Drehzahl N des Gasturbinenrotors 28 mit einem vorher festgelegten GV-Einstellwert und gibt ein proportionales Steuersignal als Befehlswert GVCSO aus.
Die Laststeuervorrichtung 132 empfängt die gemessene Ausgabe PW des Generators 29 vom Ausgangsmessgerät 72 und den Generatorausgangsbefehlswert von einer Host-Steuervorrichtung 90 (siehe 1). Die Laststeuervorrichtung 132 gibt einen Befehlswert für das Steuern des Gesamtbrennstoffströmungsvolumens LDCSO aus, derart, dass die gemessene Ausgabe PW dem Generatorausgangsbefehlswert entspricht. Insbesondere vergleicht die Laststeuervorrichtung 132 den gemessenen Ausgang PW mit dem Generatorausgangsbefehlswert, berechnet ein proportionales Integral und gibt das Berechnungsergebnis als den Befehlswert LDCSO aus.
Die erste Temperatursteuervorrichtung 133 empfängt die Flügelpfadtemperatur Tb vom Flügelpfadtemperaturmessgerät 75 und gibt einen Befehlswert BPCSO zum Steuern des Gesamtbrennstoffströmungsvolumens aus, derart, dass die Flügelpfadtemperatur Tb nicht ihre obere Grenze überschreitet. Insbesondere vergleicht die erste Temperatursteuervorrichtung 133 die gemessene Flügelpfadtemperatur Tb mit der oberen Grenze davon, berechnet ein proportionales Integral und gibt das Berechnungsergebnis als den Befehlswert BPCSO aus.
Die zweite Temperatursteuervorrichtung 134 empfängt die Abgastemperatur Te vom Abgastemperaturmessgerät 76 und gibt einen Befehlswert EXCSO zum Steuern des Gesamtbrennstoffströmungsvolumens aus, derart, dass die Abgastemperatur Te nicht ihre obere Grenze überschreitet. Insbesondere vergleicht die zweite Temperatursteuervorrichtung 134 die gemessene Abgastemperatur Te mit der oberen Grenze davon, berechnet ein proportionales Integral und gibt das Berechnungsergebnis als den Befehlswert EXCSO aus.
Der Niedrigwertselektor 135 wählt den minimalsten oder niedrigsten Wert unter den Befehlswerten von den Steuervorrichtungen 131 bis 134 aus, und gibt den gewählten Befehlswert aus. Der Begrenzer 136 begrenzt die Anstiegs-/Abfallverhältniszahl des Befehls vom Niedrigwertselektor 135 und gibt das Ergebnis als den Brennstoffströmungsvolumen-Befehlswert CSO aus.
Die Zündverhältniszahl (PL-Verhältniszahl) ist eine Verhältniszahl des Zündbrennstoffströmungsvolumens Fpf zum Gesamtbrennstoffströmungsvolumen. Wie in 8 dargestellt, umfasst der Zündverhältniszahlrechner 140p Folgendes: eine PL₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung (Strömungsvolumenverhältniszahl-Rechenvorrichtung) 141p, die die PL₀-Verhältniszahl bestimmt, was die Zündverhältniszahl basierend auf dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO ist; eine Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142p, die einen Korrekturwert Cp basierend auf dem Lastfaktor %Last bestimmt; und eine Korrekturvorrichtung 144p, der die PL₀-Verhältniszahl mit dem Korrekturwert Cp korrigiert.
Die PL₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung 141p hat eine Funktion F₁x, die die Beziehung zwischen dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO, der eine positive Korrelation mit der Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 hat, und der PL₀-Verhältniszahl definiert. Wie in 11 dargestellt, ist die Funktion F₁x eine Funktion, in der die PL₀-Verhältniszahl allmählich sinkt, wenn der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO steigt, oder mit anderen Worten, wenn die Eingangstemperatur des Verbrennungsgases steigt. Die PL₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung 141p empfängt den Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO vom Verbrennungslast-Befehlsgenerator 110, und bestimmt die PL₀-Verhältniszahl in Entsprechung mit diesem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO unter Verwendung der Funktion F₁x. Obwohl die Beziehung zwischen dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO und der PL₀-Verhältniszahl hier durch die Funktion F₁x definiert wird, kann die Beziehung von einer Karte definiert werden.
Wie in 12 dargestellt, hat die Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142p eine Funktion G₁x, die die Beziehung zwischen dem Lastfaktor %Last und dem Korrelationswert Cp definiert. Die Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142p empfängt den Lastfaktor %Last von der Lastfaktor-Rechenvorrichtung 120, und bestimmt einen Korrelationswert Ci basierend auf dem derzeitigen Lastfaktor %Last unter Verwendung der Funktion G₁x. Obwohl die Beziehung zwischen dem Lastfaktor %Last und dem Korrekturwert Cp hier von der Funktion G₁x definiert wird, kann die Beziehung von einer Karte definiert werden.
Die Zylinderhutverhältniszahl (TH-Verhältniszahl) ist eine Verhältniszahl des Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumens Ftf zum Gesamtbrennstoffströmungsvolumen. Wie in 8 dargestellt, umfasst der Zylinderhutverhältniszahl-Rechner 140t Folgendes: eine TH₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung (Strömungsvolumenverhältniszahl-Rechenvorrichtung) 141t, die die TH₀-Verhältniszahl bestimmt, das die Zylinderhutverhältniszahl basierend auf dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO ist; eine Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142t, die einen Korrekturwert basierend auf dem Lastfaktor %Last bestimmt; einen Variationsdetektor 144, der die Änderung des Brennstoffströmungsvolumen-Befehlswerts CSO erfasst; und eine Korrekturvorrichtung 144t, die die TH₀-Verhältniszahl mit dem Korrekturwert Ct korrigiert.
Die TH₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung 141t hat eine Funktion F₂x, die eine Beziehung zwischen dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO und der TH₀-Verhältniszahl definiert. Wie in 13 gezeigt, ist die Funktion F₂x eine Funktion, in der die TH₀-Verhältniszahl allmählich steigt, wenn der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO steigt, oder mit anderen Worten, wenn die Eingangstemperatur des Verbrennungsgases steigt. Die TH₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung 141t empfängt den Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO vom Verbrennungslast-Befehlsgenerator 110, und bestimmt die TH₀-Verhältniszahl in Entsprechung mit diesem Verbrennungslast-Befehl CLCSO unter Verwendung der Funktion F₂x. Obwohl die Beziehung zwischen dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO und der TH₀-Verhältniszahl hier durch die Funktion F₂x definiert wird, kann die Beziehung von einer Karte definiert werden.
Wie in 14 dargestellt, hat die Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142t eine Funktion G₂x, die die Beziehung zwischen dem Lastfaktor %Last und dem Korrelationswert Ct definiert. Die Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142t empfängt den Lastfaktor %Last von der Lastfaktor-Rechenvorrichtung 120, und bestimmt den Korrelationswert Ct basierend auf dem derzeitigen Lastfaktor %Last unter Verwendung der Funktion G₂x. Obwohl die Beziehung zwischen dem Lastfaktor %Last und dem Korrekturwert Ct hier von der Funktion G₂x definiert wird, kann die Beziehung von einer Karte definiert werden.
Wie in 9 dargestellt, umfasst die Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung 160 Folgendes: einen ersten Multiplikator 161, der das Zündbrennstoffströmungsvolumen Fpf unter Verwendung der PL-Verhältniszahl, die vom Zündverhältniszahlrechner 140p bestimmt wird, bestimmt; einen zweiten Multiplikator 162, der das Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumen Ftf von der TH-Verhältniszahl, die vom Zylinderhutverhältniszahlrechner 140t berechnet wird, bestimmt; einen ersten Subtraktor 163, der das Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumen Ftf vom Strömungsvolumen-Befehlswert CSO, der das Gesamtbrennstoffströmungsvolumen spezifiziert, subtrahiert; und einen zweiten Subtraktor 164, der ferner das Zündbrennstoffströmungsvolumen Fpf vom Subtraktionsergebnis, das durch den ersten Subtraktor 163 erhalten wird, subtrahiert.
Der erste Multiplikator 161 multipliziert den Brennstoffströmungsvolumen-Befehlswert CSO, der das Gesamtbrennstoffströmungsvolumen spezifiziert, mit der PL-Verhältniszahl, die vom Zündverhältniszahlrechner 140p bestimmt wird, um das Zündbrennstoffströmungsvolumen Fpf zu bestimmen und gibt der Ventilsteuervorrichtung 170 das Zündbrennstoffströmungsvolumen Fpf aus. Der zweite Multiplikator 162 multipliziert den Brennstoffströmungsvolumen-Befehlswert CSO, der das Gesamtbrennstoffströmungsvolumen spezifiziert, mit der TH-Verhältniszahl, die vom Zylinderhutverhältniszahlrechner 140t bestimmt wird, um das Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumen Ftf zu bestimmen und gibt der Ventilsteuervorrichtung 170 das Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumen Ftf aus. Der erste Subtraktor 163 subtrahiert das Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumen Ftf vom Brennstoffströmungsvolumen-Befehlswert CSO, der das Gesamtbrennstoffströmungsvolumen spezifiziert, wie zuvor beschrieben. Der zweite Subtraktor 164 subtrahiert ferner das Zündbrennstoffströmungsvolumen Fpf vom Subtraktionsergebnis, das vom ersten Subtraktor 163 erhalten wurde, und gibt das Subtraktionsergebnis der Ventilsteuervorrichtung 170 als ein Hauptbrennstoffströmungsvolumen Fmf aus. Mit anderen Worten führt die Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung 160 einen Systemströmungsvolumen-Berechnungsschritt aus, in dem jedes der Brennstoffströmungsvolumen bestimmt wird.
Wie in 9 dargestellt, umfasst die Ventilsteuervorrichtung 170 Folgendes: eine Ventilantriebsausmaß-Rechenvorrichtung 171, die ein Antriebsausmaß des Zündbrennstoffventils 65 bestimmt; einen Ventilsteuersignalgeber 175, der ein Steuersignal an das Zündbrennstoffventil 65 ausgibt; eine Ventilantriebsausmaß-Rechenvorrichtung 172, die ein Antriebsausmaß des Zylinderhutbrennstoffventils 67 bestimmt; einen Ventilsteuersignalgeber 176, der ein Steuersignal an das Zylinderhutsignalventil 67 ausgibt; eine Ventilantriebsausmaß-Rechenvorrichtung 173, die ein Antriebsausmaß des Hauptbrennstoffventils 66 bestimmt; und einen Ventilsteuersignalgeber 177, der ein Steuersignal an das Hauptbrennstoffventil 66 ausgibt.
Die Ventilantriebsausmaß-Rechenvorrichtung 171, die das Antriebsausmaß des Zündbrennstoffventils 65 bestimmt, bestimmt das Antriebsausmaß des Zündbrennstoffventils 65 in Übereinstimmung mit dem Zündbrennstoffströmungsvolumen Fpf, das von der Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung 160 bestimmt wird. Der Ventilsteuersignalgeber 175 erzeugt ein Steuersignal in Übereinstimmung mit dem Antriebsausmaß des Zündbrennstoffventils 65 und gibt das Steuersignal an das Zündbrennstoffventil 65 aus. Die Ventilantriebsausmaß-Rechenvorrichtung 172, die das Antriebsausmaß des Zylinderhutbrennstoffventils 67 bestimmt, bestimmt das Antriebsausmaß des Zylinderhutbrennstoffventils 67 in Übereinstimmung mit dem Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumen Ftf, das von der Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung 160 bestimmt wird. Der Ventilsteuersignalgeber 176 erzeugt ein Steuersignal in Übereinstimmung mit dem Antriebsausmaß des Zylinderhutbrennstoffventils 67 und gibt das Steuersignal an das Zylinderhutbrennstoffventil 67 aus. Die Ventilantriebsausmaß-Rechenvorrichtung 173, die das Antriebsausmaß des Hauptbrennstoffventils 66 bestimmt, bestimmt das Antriebsausmaß des Hauptbrennstoffventils 66 in Übereinstimmung mit dem Hauptbrennstoffströmungsvolumen Fmf, das von der Systemstromungsvolumen-Rechenvorrichtung 160 bestimmt wird. Der Ventilsteuersignalgeber 177 erzeugt ein Steuersignal in Übereinstimmung mit dem Antriebsausmaß des Hauptbrennstoffventils 66 und gibt das Steuersignal an das Hauptbrennstoffventil 66 aus. Mit anderen Worten führt die Ventilsteuervorrichtung 170 einen Ventilsteuerschritt aus, in dem das Steuersignal an jedes der Brennstoffventile ausgegeben wird.
Als Nächstes werden Operationen der Steuervorrichtung 100 in Übereinstimmung mit dem in 16 dargestellten Fließschema beschrieben.
Wie zuvor beschrieben, bestimmt der Verbrennungslast-Befehlsgenerator 110 den Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO, der ein Parameter ist, welcher eine positive Korrelation mit der Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 aufweist, wobei der gemessene Ausgang PW des Generators 29, der vom Ausgangsmessgerät 72 erfasst wird, den IGV-Öffnungsbefehlswert, den Eingangsdruck Pi, der vom Eingangsdruckmessgerät 74 erfasst wird, und die Eingangstemperatur Ti des Eingangstemperaturmessgeräts 73 verwendet (S10: ein Berechnungsschritt des mit der Eingangstemperatur korrelierten Werts).
Die Lastfaktor-Rechenvorrichtung 120 bestimmt den derzeitigen Lastfaktor %Last der Gasturbine 10 (S20: ein Lastfaktor-Berechnungsschritt). Zu diesem Zeitpunkt bestimmt die Lastfaktor-Rechenvorrichtung 120, wie zuvor beschrieben, die Maximallast PWmax der Gasturbine 10, basierend auf dem derzeitigen Eingangsdruck Pi und der Eingangstemperatur Ti, vom Eingangsdruck Pi, der vom Eingangsdruckmessgerät 74 erfasst wird, und von der Eingangstemperatur Ti, die vom Eingangstemperaturmessgerät 73 erfasst wird. Die Lastfaktor-Rechenvorrichtung 120 dividiert die gemessene Last PW, die der Ausgang des Generators 29 ist, welche vom Ausgangsmessgerät 72 erfasst wurde, durch die Maximallast PWmax, und gibt die resultierende Werte als den Lastfaktor %Last aus.
Der Brennstoffströmungsvolumen-Befehlsgenerator 130 bestimmt den Brennstoffströmungsvolumen-Befehlswert CSO, der das Gesamtströmungsvolumen des Brennstoffs, der der Brennkammer der Gasturbine 10 zugeführt wird, spezifiziert (S30: ein Gesamtströmungsvolumen-Berechnungsschritt). Wie zuvor beschrieben, bestimmt der Brennstoffströmungsvolumen-Befehlsgenerator 130 zu diesem Zeitpunkt mehrere Befehlswerte und gibt einen minimalen oder geringsten Wert unter den mehreren Befehlswerten als den Brennstoffströmungsvolumen-Befehlswert CSO aus.
Der vorstehende Berechnungsschritt des mit der Eingangstemperatur korrelierten Werts (S10), der Lastfaktor-Berechnungsschritt (S20) und der Gesamtströmungsvolumen-Berechnungsschritt (S30) werden der Reihe nach oder parallel ausgeführt.
Die Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung berechnet die jeweiligen Strömungsvolumenverhältniszahlen der Brennstoffe, die in die Brennstoffleitungen 61, 62 und 63 strömen (S40: ein Strömungsvolumenvehältniszahlen-Berechnungsschritt). Dieser Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsschritt (S40) umfasst einen PL-Verhältniszahl-Berechnungsschritt (S40p) zum Berechnen der Zündverhältniszahl (PL-Verhältniszahl), welche die Verhältniszahl des Zündbrennstoffströmungsvolumens Fpf zum Gesamtbrennstoffströmungsvolumen ist; und einen TH-Verhältniszahl-Berechnungsschritt (S40t) zum Berechnen der Zylinderhutverhältniszahl (TH-Verhältniszahl), welche die Verhältniszahl des Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumens Ftf zum Gesamtbrennstoffströmungsvolumen ist.
Im PL-Verhältniszahl-Berechnungsschritt (S40p) empfängt die Zündverhältniszahl-Rechenvorrichtung 140p den Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO, der vom Verbrennungslast-Befehlsgenerator 110 ausgegeben wird, und den Lastfaktor %Last, der von der Lastfaktor-Rechenvorrichtung 120 ausgegeben wird (S41p: ein Empfangsschritt). Vom Wert und Faktor wird die PL-Verhältniszahl bestimmt (S42p: ein PL-Verhältniszahl-Berechnungsschritt). Im PL-Verhältniszahl-Berechnungsschritt (S42p) bestimmt die PL₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung 141p, wie zuvor beschrieben, die PL₀-Verhältniszahl, die dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO, der zuvor unter Verwendung der Funktion F₁x erhalten wurde, entspricht (S43p: ein PL₀-Verhältniszahl-Berechnungsschritt). Danach oder parallel mit dem PL₀-Verhältniszahl-Berechnungsschritt (S43p), bestimmt die Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142p den Korrekturwert Cp, der dem zuvor empfangenen Lastfaktor %Last entspricht, unter Verwendung der Funktion G₁x (S44p: ein Korrekturwert Cp-Berechnungsschritt). Dann fügt die Korrekturvorrichtung 144p den Korrekturwert Cp zur PL₀-Verhältniszahl hinzu und gibt den resultierenden Wert als eine korrigierte Zündverhältniszahl aus (PL-Verhältniszahl) (S45p: ein Korrekturschritt).
Im TH-Verhältniszahl-Berechnungsschritt (S40t) empfängt die Zylinderhutverhältniszahl-Rechenvorrichtung 140t den Verbrennungslast-Befehlswert CLCCSO, der vom Verbrennungslast-Befehlsgenerator 110 ausgegeben wird, und den Lastfaktor %Last, der von der Lastfaktor-Rechenvorrichtung 120 ausgegeben wird (S41t: ein Empfangsschritt). Vom Wert und Faktor wird die TH-Verhältniszahl bestimmt (S42t: ein TH-Verhältniszahl-Berechnungsschritt). Im TH-Verhältniszahl-Berechnungsschritt (S42t) bestimmt die TH₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung 141t, wie zuvor beschrieben, die TH₀-Verhältniszahl, die dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO, der zuvor empfangen wurde, unter Verwendung der Funktion F₂x, entspricht (S43t: ein TH₀-Verhältniszahl-Berechnungsschritt). Danach oder parallel mit dem TH₀-Verhältniszahl-Berechnungsschritt (S43t), bestimmt die Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142t den Korrekturwert Ct, der dem zuvor empfangenen Lastfaktor %Last entspricht, unter Verwendung der Funktion G₂x (S44t: ein Korrekturwert Ct-Berechnungsschritt). Dann fügt die Korrekturvorrichtung 144t den Korrekturwert Ct zur TH₀-Verhältniszahl hinzu und gibt den resultierenden Wert als eine korrigierte Zündverhältniszahl aus (PL-Verhältniszahl) (S45t: ein Korrekturschritt).
Der Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsschritt (S40) ist dann abgeschlossen.
Wie zuvor beschrieben, bestimmt die Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung 160 das Zündbrennstoffströmungsvolumen Fpf, das Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumen Ftf und das Hauptbrennstoffströmungsvolumen Fmf relativ zum Gesamtbrennstoffströmungsvolumen, das vom Brennstoffströmungsvolumen-Befehlswert CSO angegeben wird, von der PL-Verhältniszahl, die vom Zündverhältniszahlrechner 140p bestimmt wird, und der TH-Verhältniszahl, die durch den Zylinderhutverhältniszahlrechner 140t bestimmt wird, und gibt die Strömungsvolumen zur Ventilsteuervorrichtung 170 aus (S50: der Systemströmungsvolumen-Berechnungsschritt).
Wie zuvor beschrieben, bestimmt die Ventilsteuervorrichtung 170 das Antriebsausmaß des Zündbrennstoffventils 65, derart, dass das Zündbrennstoffströmungsvolumen Fpf sichergestellt werden kann, und gibt ein Steuersignal aus, das dem Zündbrennstoffventil 65 das Antriebsausmaß spezifiziert. Die Ventilsteuervorrichtung 170 bestimmt das Antriebsausmaß des Hauptbrennstoffventils 66, derart, dass das Hauptbrennstoffströmungsvolumen Fmf sichergestellt werden kann, und gibt ein Steuersignal aus, das dem Hauptbrennstoffventil 66 das Antriebsausmaß spezifiziert. Ferner bestimmt die Ventilsteuervorrichtung 170 das Antriebsausmaß des Zylinderhutbrennstoffventils 67, derart, dass das Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumen Ftf sichergestellt werden kann, und gibt ein Steuersignal aus, das dem Zylinderhutbrennstoffventil 67 das Antriebsausmaß spezifiziert (S60: der Ventilsteuerschritt).
Nach dem Ausgeben der Steuersignale zu den Brennstoffventilen 65, 66 und 67 jeweils von den Ventilsteuersignalgebern 175, 176 und 177, arbeiten die Brennstoffventile 65, 66 und 67 in Übereinstimmung mit den Antriebsausmaßen, die von den jeweiligen Steuersignalen spezifiziert wurden. Daher strömt der Zündbrennstoff Fp in die Zündbrennstoffleitung 61 mit dem Strömungsvolumen Fpf in Übereinstimmung mit der PL-Verhältniszahl, die vom Zündverhältniszahlrechner 140p bestimmt wird. Der Zylinderhutbrennstoff Ft strömt in die Zylinderhutbrennstoffleitung 63 mit dem Strömungsvolumen Ftf in Übereinstimmung mit der TH-Verhältniszahl, die vom Zylinderhutverhältniszahlrechner 140t bestimmt wird. Zudem strömt der Hauptbrennstoff Fm in die Hauptbrennstoffleitung 62 mit dem Strömungsvolumen Fmf, das durch Subtrahieren des Zündbrennstoffströmungsvolumens Fpf und des Zylinderhutbrennstoffströmungsvolumens Ftf vom Gesamtbrennstoffströmungsvolumen erhalten wird.
Die Reihe der Steuerschritte für die Brennstoffventile 65, 66 und 67, die von der Steuervorrichtung 100 ausgeführt werden, ist dann abgeschlossen. Diese Steuerschritte werden jedes Mal wiederholt ausgeführt, wenn beispielsweise die Schnittstelle 180 die Erfassungswerte von den jeweiligen Erfassungsmessgeräten und dergleichen empfängt.
Nachstehend werden Änderungen bei unterschiedlichen Parametern, die Betriebszustände der Gasturbine 10 anzeigen, unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. Beachten Sie, dass der Zustand der Gasturbine 10 unter S1s von 15A bis 15F einheitlich ist. Auf dieselbe Weise ist der Zustand der Gasturbine 10 unter Zuständen mit demselben Referenzsymbol einheitlich, nämlich jeder von S2s, S3s, S4s, S5s und S6s von 15A bis 15F.
Im Beispiel des Betriebs der Gasturbine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die IGV-Öffnung bei einer Minimalöffnung konstant bis zum Zustand S4, wo der Lastfaktor %Last ein Mittellastfaktor von beispielsweise ungefähr 50% ist, wie in 15A dargestellt wird. Wenn der Lastfaktor %Last den Mittellastfaktor überschreitet, steigt die IGV-Öffnung, wenn der Lastfaktor %Last steigt. Diese Tendenz hält bis zum Zustand S5 an, welcher unmittelbar vor dem Zeitpunkt ist, bevor der Lastfaktor %Last 100% erreicht. Die IGV-Öffnung erreicht im Zustand S5 100%. Von daher ist die IGV-Öffnung bei 100% konstant, vom Zustand S5, was unmittelbar vor dem Zeitpunkt ist, bevor der Lastfaktor %Last 100% erreicht, zum Zustand S6, in dem der Lastfaktor %Last 100% ist. Beachten Sie, dass der Graph von 15A derselbe wie der Graph von 10.
Die Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 und der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO, der eine positive Korrelation damit hat, steigen, wenn die Brennstoff-/Luftverhältniszahl (Brennstoff/Luft) steigt. So lange die Brennstoff-/Luftverhältniszahl (Brennstoff/Luft) von daher im Wesentlichen konstant ist, sind die Eingangstemperatur und der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO ebenfalls im Wesentlichen konstant, sogar dann, wenn der Lastfaktor %Last steigt. Wenn die Brennstoff-/Luftverhältniszahl (Brennstoff/Luft) ferner steigt, steigen die Eingangstemperatur und der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO unabhängig von einem Anstieg/Abfall des Lastfaktors %Last ebenfalls.
Wie zuvor beschrieben, ist die IGV-Öffnung bei der minimalen Öffnung konstant und ein Eingangsströmungsvolumen des Kompressors 11 ist im Wesentlichen konstant vom Zustand S1 eines Mindestlastfaktors zum Zustand S4 des Mittellastfaktors. Aber das Strömungsvolumen des Brennstoffs, der der Brennkammer 31 der Gasturbine 10 zugeführt wird, steigt, wenn der Lastfaktor %Last steigt, und das sogar außerhalb dieses Zeitraums. Von daher steigt der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO in diesem Zeitraum ebenfalls, wie in 15B dargestellt wird.
Wie zuvor beschrieben, steigt die IGV-Öffnung, wenn der Lastfaktor %Last steigt, und das Eingangsströmungsvolumen des Kompressors 11 steigt ebenfalls, wenn der Lastfaktor %Last steigt, vom Zustand S4 des Mittellastfaktors zum Zustand S5, der unmittelbar vor dem Zeitpunkt ist, vor dem der Lastfaktor %Last 100% erreicht. Aber das Strömungsvolumen des Brennstoffs, der der Brennkammer 31 der Gasturbine 10 zugeführt wird, steigt, wenn der Lastfaktor %Last steigt, und das sogar in diesem Zeitraum. Von daher wird die Brennstoff-/Luftverhältniszahl in diesem Zeitraum kaum einer Veränderung unterzogen und der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO verändert sich ebenfalls kaum, auch dann nicht, wenn der Lastfaktor %Last steigt. Mit anderen Worten ist der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO im Wesentlichen in diesem Zeitraum konstant.
Im Übrigen, wie unter Bezugnahme auf 11 beschrieben wird, ist die Vor-Korrektur-PL₀-Verhältniszahl eingestellt, um allmählich zu sinken, wenn der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO steigt (siehe 15C). Wenn von daher in einem Zeitraum, in dem der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO steigt, wenn der Lastfaktor %Last steigt, wie vom Zustand S1 des Mindestlastfaktors zum Zustand S4 des Mittellastfaktors, sinkt die Vor-Korrektur-PL₀-Verhältniszahl allmählich, wenn der Lastfaktor %Last steigt, wie in 15D dargestellt wird. In einem Zeitraum, in dem der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO im Wesentlichen sogar dann konstant ist, wenn der Lastfaktor %Last steigt, wie vom Zustand S4 des Mittellastfaktors zum Zustand S5 unmittelbar bevor der Lastfaktor %Last 100% erreicht, ist hingegen die Vor-Korrektur-PL₀-Verhältniszahl im Wesentlichen sogar dann konstant, wenn der Lastfaktor %Last steigt. Beachten Sie, dass der Graph von 15C derselbe wie der Graph von 11.
Der Verbrennungszustand in der Verbrennungsauskleidung 33 der Brennkammer 31 (siehe 2) ändert sich, wenn sich der Lastfaktor %Last ändert und das sogar dann, wenn der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO, oder mit anderen Worten, die Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 konstant ist. Die Zündverhältniszahl (PL-Verhältniszahl) ist eine der Betriebsparameter der Gasturbine 10, die geändert wird, um die Verbrennungsstabilität sicherzustellen, während sichergestellt wird, dass das Abgas der Gasturbine 10 einen Umweltbestimmungswert erfüllt. Aber da die Vor-Korrektur-PL₀-Verhältniszahl konstant ist, ist es in dem Fall, in dem der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO konstant ist, obwohl sich der Lastfaktor %Last ändert und sich der Verbrennungszustand in der Verbrennungsauskleidung 33 ändert, möglicherweise nicht möglich, die Verbrennungsstabilität sicherzustellen, wenn die Vor-Korrektur-PL₀-Verhältniszahl im gegenwärtigen Zustand verwendet wird.
Dementsprechend wird in der vorliegenden Ausführungsform die PL₀-Verhältniszahl mit dem Korrekturwert Cp korrigiert, derart, dass die PL-Verhältniszahl auf einen Bereich ausschließlich der Bereiche Ri (Bereich, die von der PL-Verhältniszahl und dem Lastfaktor %Last bestimmt werden) eingestellt ist, in dem der Verbrennungszustand instabil wird, wie das Auftreten einer Verbrennungsschwingung, in dem Fall, in dem sich der Lastfaktor %Last ändert, obwohl der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO konstant ist, wie in 15F dargestellt wird.
Der Korrekturwert Cp wird wie folgt bestimmt. Zunächst werden die Bereiche Ri (Bereiche, die durch die PL-Verhältniszahl und den Lastfaktor %Last bestimmt werden), in denen der Verbrennungszustand in dem Fall instabil wird, in dem der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO konstant gehalten wird und sich der Lastfaktor %Last ändert, im Voraus durch Experimente oder dergleichen definiert. Danach wird eine Beziehung zwischen der PL-Verhältniszahl und dem Lastfaktor %Last definiert, die ermöglicht, die Bereiche Ri zu vermeiden, in denen der Verbrennungszustand instabil wird, wenn der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO konstant ist. Dann wird ein Unterschied zwischen der PL-Verhältniszahl relativ zum Lastfaktor %Last, der anhand dieser Beziehung bestimmt wird, und die PL₀-Verhältniszahl, die in Übereinstimmung mit dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO bestimmt wird, als der Korrekturwert Cp, wie in 15E dargestellt, herangezogen. Beachten Sie, dass der Graph von 15E derselbe wie der Graph von 12 ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Verbrennungsstabilität folglich verbessert werden, indem der Korrekturwert Cp in Übereinstimmung mit dem derzeitigen Lastfaktor %Last zur Vor-Korrektur-PL₀-Verhältniszahl hinzugefügt wird und indem der resultierende Wert als endgültige PL-Verhältniszahl herangezogen wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, ebenfalls in Bezug auf die Zylinderhutverhältniszahl (TH-Verhältniszahl), die TH₀-Verhältniszahl mit dem Korrekturwert Ct korrigiert, derart, dass die TH-Verhältniszahl auf einen Bereich ausschließlich der Bereiche Ri (Bereiche, die durch die TH-Verhältniszahl und den Lastfaktor %Last bestimmt werden) eingestellt ist, in dem der Verbrennungszustand in dem Fall instabil wird, wenn sich der Lastfaktor %Last ändert, obwohl der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO konstant ist, wie in 14 dargestellt wird.
Der Korrekturwert Ct wird wie folgt bestimmt, auf dieselbe Weise wie der Korrekturwert Cp, der zuvor beschrieben wurde. Zunächst werden die Bereiche Ri (Bereiche, die durch die TH-Verhältniszahl und den Lastfaktor %Last bestimmt werden), in denen der Verbrennungszustand in dem Fall instabil wird, in dem der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO konstant gehalten wird und sich der Lastfaktor %Last ändert, im Voraus durch Experimente oder dergleichen bestimmt. Danach wird eine Beziehung zwischen der TH-Verhältniszahl und dem Lastfaktor %Last definiert, die ermöglicht, die Bereiche Ri zu vermeiden, in denen der Verbrennungszustand instabil wird, wenn der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO konstant ist. Dann wird ein Unterschied zwischen der TH-Verhältniszahl relativ zum Lastfaktor %Last, der anhand dieser Beziehung bestimmt wird, und die TH₀-Verhältniszahl, die in Übereinstimmung mit dem Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO bestimmt wird, als der Korrekturwert Ct herangezogen.
Der Verbrennungszustand des Brennstoffs in der Verbrennungsauskleidung 33 der Brennkammer 31 kann durch die Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 und der Gasströmungsgeschwindigkeit in der Verbrennungsauskleidung 33 ausgedrückt werden. Wie zuvor beschrieben, ist der Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO ein Wert, der eine positive Korrelation mit der Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 aufweist. Da der Lastfaktor %Last eine positive Korrelation mit dem Gasströmungsvolumen in der Verbrennungsauskleidung 33 aufweist, kann auch gesagt werden, dass der Lastfaktor %Last ein Wert ist, der eine positive Korrelation mit der Gasströmungsgeschwindigkeit in der Verbrennungsauskleidung 33 aufweist. Folglich wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die PL-Verhältniszahl und dergleichen in Übereinstimmung mit dem Verbrennungszustand vom Lastbefehlswert CLCSO und dem Lastfaktor %Last bestimmt. Der Verbrennungszustand kann daher genauer verstanden werden, als wenn die PL-Verhältniszahl und dergleichen in Übereinstimmung mit dem Verbrennungszustand, der nur durch den Verbrennungslast-Befehlswert CLCSO bestimmt wird, bestimmt wird und die PL-Verhältniszahl und dergleichen kann in Übereinstimmung mit dem Verbrennungszustand bestimmt werden. Folglich kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Auftreten einer Verbrennungsschwingung in der Verbrennungsauskleidung 33 der Brennkammer und dergleichen verhindert werden und die Verbrennungsstabilität in der Verbrennungsauskleidung 33 kann weiter verbessert werden.
[Weiterbildung]
Eine Weiterbildung der oben beschriebenen Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf 17 und 18 beschrieben.
Der Verbrennungszustand des Brennstoffs in der Verbrennungsauskleidung 33 der Brennkammer 31 (siehe 17) kann durch zwei Parameter ausgedrückt werden. Wie zuvor beschrieben, ist von den zwei Parametern ein erster Parameter ein Parameter, der mit der Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 korreliert, und ein zweiter Parameter ein Parameter, der mit der Gasströmungsgeschwindigkeit in der Verbrennungsauskleidung 33 korreliert.
Dementsprechend kann die Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine 21 als der erste Parameter anstatt des zuvor beschriebenen Verbrennungslast-Befehlswerts CLCSO verwendet werden.
Ferner kann ein anderer Parameter, der mit der Gasströmungsgeschwindigkeit in der Verbrennungsauskleidung 33 korreliert, als der zweite Parameter anstatt des Lastfaktors %Last, der oben beschrieben wird, verwendet werden. Wie zuvor beschrieben hat die Gasströmungsgeschwindigkeit in der Verbrennungsauskleidung 33 eine positive Korrelation mit dem Gasströmungsvolumen in der Verbrennungsauskleidung 33. Wie in 17 dargestellt, umfasst das Gasströmungsvolumen neben dem Lastfaktor %Lastfaktor, der in der obigen Ausführungsform beschrieben wurde, den Ausgang der Gasturbine 10, ein Gesamtströmungsvolumen Gf des Brennstoffs F, der der Brennkammer 31 von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt wird, und ein Strömungsvolumen Ga der Luft A, die vom Kompressor 11 eingelassen wird.
Der Ausgang der Gasturbine 10 kann durch den Ausgang PW des Generators 29, der mit der Gasturbine 10 verbunden ist, ausgedrückt werden. Von daher kann der Ausgang PW des Generators 29, der vom Ausgangsmessgerät 72 erfasst wird, als der zweite Parameter verwendet werden.
Das Gesamtströmungsvolumen Gf des Brennstoffs F, der der Brennkammer 31 von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt wird, kann durch ein Strömungsvolumenmessgerät 78, das in der Brennstoffleitung 60 vor dem Abzweigen in die mehreren Brennstoffsysteme vorgesehen ist, erfasst werden. Das Gesamtströmungsvolumen Gf des Brennstoffs F, der der Brennkammer 31 von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt wird, kann ebenfalls von einem Ventilhub des Strömungsvolumenregelventils 79 für den Brennstoff, der in der Brennstoffleitung 60 strömt, erfasst werden. Dementsprechend kann das Strömungsvolumen des Brennstoffs, der vom Strömungsvolumenmessgerät 78, das an der Brennstoffleitung 60 vorgesehen ist, erfasst wird oder das Strömungsvolumen des Brennstoffs, das durch einen Ventilhubbefehlswert des Strömungsvolumenregelventils 79 spezifiziert wird, als der zweite Parameter verwendet werden.
Obwohl das Strömungsvolumen der Luft A, die vom Kompressor 11 eingelassen wird, direkt mit einem Strömungsvolumenmessgerät erfasst werden kann, sind nur wenige Anlagen mit einem solchen Strömungsvolumenmessgerät ausgestattet. Von daher kann beispielsweise eine Beziehung zwischen einem Massenströmungsvolumen Ga der Luft A, die vom Kompressor 11 eingelassen wird, der IGV-Öffnung und der Eingangstemperatur im Voraus erfasst werden und diese Beziehung kann dann verwendet werden, um das Massenströmungsvolumen Ga der Luft, die vom Kompressor 11 eingelassen wird, von der IGV-Öffnung, die durch den IGV-Öffnungsbefehl spezifiziert wird, und der Eingangstemperatur, die vom Eingangstemperaturmessgerät 73 erfasst wird, zu bestimmen. Beachten Sie, dass in diesem Fall das Massenströmungsvolumen Ga der Luft A, die vom Kompressor 11 eingelassen wird, ein Massenströmungsvolumen ist, wenn der Generator 29, der mit der Gasturbine 10 verbunden ist, mit einem Stromsystem verbunden ist und die Drehzahlen des Generators 29 und der Gasturbine 10 einer Systemfrequenz entsprechen.
Der Verbrennungszustand des Brennstoffs in der Verbrennungsauskleidung 33 der Brennkammer 31 kann durch das Gesamtströmungsvolumen des Brennstoffs, der der Brennkammer 31 zugeführt wird, und das Strömungsvolumen der Luft, die der Brennkammer 31 zugeführt wird, oder mit anderen, das Strömungsvolumen der Luft, die vom Kompressor 11 eingelassen wird, ausgedrückt werden. Dementsprechend kann das Gesamtströmungsvolumen des Brennstoffs, der der Brennkammer 31 zugeführt wird, als der erste Parameter verwendet werden und das Strömungsvolumen der Luft, die vom Kompressor 11 eingelassen wird, kann als der zweite Parameter verwendet werden. Folglich kann, wie zuvor beschrieben, das Strömungsvolumen des Brennstoffs, das vom Strömungsvolumenmessgerät 78, das an der Brennstoffleitung 60 vorgesehen ist, erfasst wird oder das Strömungsvolumen des Brennstoffs, das durch einen Ventilhubbefehlswert des Strömungsvolumenregelventils 79 spezifiziert wird, als der erste Parameter verwendet werden und das Strömungsvolumen der Luft, die vom Kompressor 11 durch das oben beschriebene Verfahren eingelassen wird, kann als der zweite Parameter verwendet werden.
Wie in 18 beschrieben, umfasst eine Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung 141A gemäß der vorliegenden Weiterbildung Folgendes: einen Zündverhältniszahlrechner 140Ap, der die Werte des ersten Parameters und des zweiten Parameters empfängt, wovon Beispiele zuvor angeführt wurden, und die PL-Verhältniszahl berechnet; und einen Zylinderhutrechner 140At, der die Werte des ersten Parameters und des zweiten Parameters empfängt, wobei Beispiele davon oben angeführt wurden, und die TH-Verhältniszahl berechnet.
Der Zündverhältniszahlrechner 140Ap umfasst eine PL₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung (Strömungsvolumenverhältniszahl-Rechenvorrichtung) 141Ap, die die PL₀-Verhältniszahl in Übereinstimmung mit dem Wert des ersten Parameters bestimmt; eine Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142Ap, die einen Korrekturwert Cp in Übereinstimmung mit dem Wert des zweiten Parameters berechnet, und eine Korrekturvorrichtung 144Ap, die die PL₀-Verhältniszahl mit dem Korrekturwert Cp korrigiert. Wie die PL₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung 141p gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform hat die PL₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung 141Ap eine Funktion, die eine Beziehung zwischen dem ersten Parameter und der PL₀-Verhältniszahl definiert. Wie die Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142p gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform hat die Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142Ap ferner eine Funktion, die eine Beziehung zwischen dem zweiten Parameter und dem Korrekturwert Cp definiert.
Der Zylinderhutverhältniszahlrechner 140At umfasst eine TH₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung (Strömungsvolumenverhältniszahl-Rechenvorrichtung) 141tA, die die TH₀-Verhältniszahl in Übereinstimmung mit dem Wert des ersten Parameters bestimmt; eine Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142At, die einen Korrekturwert Ct in Übereinstimmung mit dem Wert des zweiten Parameters berechnet, und eine Korrekturvorrichtung 144At, die die TH₀-Verhältniszahl mit dem Korrekturwert Ct korrigiert. Wie die TH₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung 141t gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform hat die TH₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung 141At eine Funktion, die eine Beziehung zwischen dem ersten Parameter und der TH₀-Verhältniszahl definiert. Wie die Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142t gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform hat die Korrekturwert-Rechenvorrichtung 142At ferner eine Funktion, die eine Beziehung zwischen dem zweiten Parameter und dem Korrekturwert Ct definiert.
Beachten Sie, dass im Wesentlichen die gleichen Wirkungen wie jene der oben beschriebenen Ausführungsform sogar dann erzielt werden können, wenn die Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung 140 der Steuervorrichtung 100 in der oben beschriebenen Ausführungsform mit der oben beschriebenen Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung 140A ausgetauscht wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann die Verbrennungsstabilität von Brennstoff in einer Brennkammer verbessert werden.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbine
11: Kompressor
14: IGV
21: Turbine
31: Brennkammer
33: Verbrennungsauskleidung (oder Übergangsstück)
43: Zündbrenner
44: Zünddüse
51: Zylinderhutdüse
53: Hauptbrenner
54: Hauptdüse
60: Brennstoffleitung
61: Zündbrennstoffleitung
62: Hauptbrennstoffleitung
63: Zylinderhutbrennstoffleitung
65: Zündbrennstoffventil
66: Hauptbrennstoffventil
67: Zylinderhutbrennstoffventil
71: Drehzahlmessgerät
72: Ausgangsmessgerät
73: Eingangstemperaturmessgerät
74: Eingangsdruckmessgerät
75: Flügelpfadtemperaturmessgerät
76: Abgastemperaturmessgerät
100: Steuervorrichtung
110: Verbrennungslast-Befehlsgenerator
120: Lastfaktor-Rechenvorrichtung
130: Brennstoffströmungsvolumen-Befehlsgenerator (Gesamtströmungsvolumen-Rechenvorrichtung)
140, 140A: Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung (Strömungsvolumenverhältniszahlrechner)
140p, 140Ap: Zündverhältniszahlrechner
141p, 141Ap: PL₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung (Strömungsvolumenverhältniszahl-Rechenvorrichtung)
142p, 142Ap: Korrekturwert-Rechenvorrichtung
144p, 144Ap: Korrekturvorrichtung
140t, 140At: Zylinderhutverhältniszahlrechner
141t, 141At: TH₀-Verhältniszahl-Rechenvorrichtung (Strömungsvolumenverhältniszahl-Rechenvorrichtung)
142t, 142At: Korrekturwert-Rechenvorrichtung
144t, 144At: Korrekturvorrichtung
160: Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung
170: Ventilsteuervorrichtung
180: Schnittstelle

Claims

Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Strömungsvolumenverhältniszahl von Brennstoffen, die in mehreren Brennstoffsystemen strömen, in einer Gasturbine zu berechnen, die die mehreren Brennstoffsysteme, einen Kompressor, der Luft verdichtet, um Druckluft zu erzeugen, eine Brennkammer, die die Brennstoffe von den mehreren Brennstoffsystemen in der Druckluft verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine umfasst, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, wobei die Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung Folgendes umfasst: einen Rechner, der Werte von zwei Parametern empfängt, die einen Verbrennungszustand in der Brennkammer ausdrücken können, und der die Strömungsvolumenverhältniszahl relativ zu den empfangenen Werten der beiden Parameter anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen den beiden Parametern und der Strömungsvolumenverhältniszahl berechnet.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei von den beiden vom Rechner empfangenen Parametern ein erster Parameter ein mit der Eingangstemperatur korrelierter Wert ist, der ein Wert ist, der sich in Korrelation mit einer Änderung einer Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine oder der Eingangstemperatur selbst ändert, und ein zweiter Parameter ein mit der Strömungsgeschwindigkeit korrelierter Wert ist, der sich in Korrelation mit einer Änderung einer Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases in der Brennkammer ändert.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der mit der Strömungsgeschwindigkeit korrelierte Wert einer von einem Ausgang der Gasturbine, einem Lastfaktor, der ein Prozentsatz einer derzeitigen Last relativ zu einer zugelassenen Maximallast in der Gasturbine ist, einem Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, und einem Strömungsvolumen der Luft ist, die vom Kompressor angesaugt wird.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei von den beiden vom Rechner empfangenen Parametern ein erster Parameter ein Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe ist, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, und ein zweiter Parameter ein Strömungsvolumen der Luft ist, die vom Kompressor angesaugt wird. Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Rechner Folgendes umfasst: eine Strömungsvolumenverhältniszahl-Rechenvorrichtung, die die Strömungsvolumenverhältniszahl relativ zum empfangenen Wert des ersten Parameters anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen dem ersten Parameter und der Strömungsvolumenverhältniszahl bestimmt; eine Korrekturwert-Rechenvorrichtung, die einen Korrekturwert in Übereinstimmung mit dem empfangenen Wert des zweiten Parameters anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen dem zweiten Parameter und einem Korrekturwert für die Strömungsvolumenverhältniszahl bestimmt; und eine Korrekturvorrichtung, die die Strömungsvolumenverhältniszahl, die von der Strömungsvolumenverhältniszahl-Rechenvorrichtung bestimmt wurde, mit dem Korrekturwert, der von der Korrekturwert-Rechenvorrichtung bestimmt wurde, korrigiert.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die von der Korrekturwert-Rechenvorrichtung verwendete vorher festgelegte Beziehung eine Beziehung zwischen dem zweiten Parameter und der Strömungsvolumenverhältniszahl ist, wenn der erste Parameter konstant ist.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Brennkammer einen ersten Zündbrenner, der einen Brennstoff einer Diffusionsverbrennung unterzieht, und einen Hauptbrenner umfasst, der einen Brennstoff einer Vorgemischverbrennung unterzieht; die Gasturbine als die mehreren Brennstoffsysteme ein erstes Brennstoffsystem, das dem ersten Brenner einen Brennstoff zuführt, und ein zweites Brennstoffsystem umfasst, das dem zweiten Brenner einen Brennstoff zuführt; und die Strömungsvolumenverhältniszahl eine Verhältniszahl eines Strömungsvolumens des Brennstoffs, der der Brennkammer vom ersten Brennstoffsystem zugeführt wird, zum Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffkammern zugeführt werden, beinhaltet.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Brennkammer einen Brenner, der einen Brennstoff einspritzt, umfasst; die Gasturbine als die mehreren Brennstoffsysteme ein Brennersystem, das dem Brenner einen Brennstoff zuführt, und ein stromaufwärtiges Versorgungssystem umfasst, das der Druckluft, die dem Brenner zugeführt wird, einen Brennstoff zuführt; und die Strömungsvolumenverhältniszahl eine Verhältniszahl eines Strömungsvolumens des Brennstoffs, der der Brennkammer vom Brennersystem zugeführt wird, zum Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffkammern zugeführt werden, beinhaltet.
Steuervorrichtung, umfassend: die Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8; eine Gesamtströmungsvolumen-Rechenvorrichtung, die das Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, bestimmt; eine Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung, die ein Brennstoffströmungsvolumen in jedem der mehreren Brennstoffsystemen anhand des Gesamtströmungsvolumens, das von der Gesamtströmungsvolumen-Rechenvorrichtung bestimmt wird, und der Strömungsvolumenverhältniszahl, die von der Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsvorrichtung berechnet wird, bestimmt; und eine Ventilsteuervorrichtung, die ein Steuersignal an ein Brennstoffströmungsvolumenregelventil, das in jedem der mehreren Brennstoffsysteme vorgesehen ist, ausgibt, derart, dass das Brennstoffströmungsvolumen in jedem der mehreren Brennstoffsysteme zum entsprechenden Brennstoffströmungsvolumen wird, das von der Systemströmungsvolumen-Rechenvorrichtung bestimmt wurde.
Gasturbinenanlage, umfassend: die Steuervorrichtung nach Anspruch 9; und die Gasturbine.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren zum Berechnen einer Strömungsvolumenverhältniszahl von Brennstoffen, die in mehreren Brennstoffsystemen strömen, in einer Gasturbine, die die mehreren Brennstoffsysteme, einen Kompressor, der Luft verdichtet, um Druckluft zu erzeugen, eine Brennkammer, die die Brennstoffe von den mehreren Brennstoffsystemen in der Druckluft verbrennt, um Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine umfasst, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, wobei das Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren Folgendes umfasst: einen Empfangsschritt, um Werte von zwei Parametern zu empfangen, die einen Verbrennungszustand in der Brennkammer ausdrücken können; und einen Berechnungsschritt zum Bestimmen der Strömungsvolumenverhältniszahl relativ zu den Werten der beiden im Empfangsschritt empfangenen Parametern anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen den beiden Parametern und der Strömungsvolumenverhältniszahl.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren nach Anspruch 11, wobei von den beiden im Empfangsschritt empfangenen Parametern ein erster Parameter ein mit der Eingangstemperatur korrelierter Wert ist, der ein Wert ist, der sich in Korrelation mit einer Änderung einer Eingangstemperatur des Verbrennungsgases in der Turbine oder der Eingangstemperatur selbst ändert, und ein zweiter Parameter ein mit einer Strömungsgeschwindigkeit korrelierter Wert ist, der sich in Korrelation mit einer Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases in der Brennkammer ändert.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren nach Anspruch 12, wobei der mit der Strömungsgeschwindigkeit korrelierte Wert einer von einem Ausgang der Gasturbine, einem Lastfaktor, der ein Prozentsatz einer derzeitigen Last relativ zu einer zugelassenen Maximallast in der Gasturbine ist, einem Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, und einem Strömungsvolumen der Luft ist, die vom Kompressor angesaugt wird.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren nach Anspruch 11, wobei von den beiden im Empfangsschritt empfangenen Parametern ein erster Parameter ein Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe ist, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, und der zweite Parameter ein Strömungsvolumen der Luft ist, die vom Kompressor angesaugt wird.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Berechnungsschritt Folgendes umfasst: einen Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsschritt zum Bestimmen der Strömungsvolumenverhältniszahl relativ zum Wert des im Empfangsschritt empfangenen ersten Parameters anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen dem ersten Parameter und der Strömungsvolumenverhältniszahl; einen Korrekturwert-Berechnungsschritt, der einen Korrekturwert in Übereinstimmung mit dem Wert des im Empfangsschritt empfangenen zweiten Parameters anhand einer vorher festgelegten Beziehung zwischen dem zweiten Parameter und einem Korrekturwert für die Strömungsvolumenverhältniszahl bestimmt; und einen Korrekturschritt, der die Strömungsvolumenverhältniszahl, die im Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsschritt bestimmt wurde, mit dem Korrekturwert, der im Korrekturwert-Berechnungsschritt bestimmt wurde, korrigiert.
Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren nach Anspruch 15, wobei die im Korrekturwert-Berechnungsschritt verwendete vorher festgelegte Beziehung eine Beziehung zwischen dem zweiten Parameter und der Strömungsvolumenverhältniszahl ist, wenn der erste Parameter konstant ist.
Brennstoffsystem-Steuerverfahren, wobei das Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16 ausgeführt wird, wobei das Brennstoffsystem-Steuerverfahren Folgendes umfasst: einen Gesamtströmungsvolumen-Berechnungsschritt, der ein Gesamtströmungsvolumen der Brennstoffe, die der Brennkammer von den mehreren Brennstoffsystemen zugeführt werden, bestimmt; einen Systemströmungsvolumen-Berechnungsschritt, der ein Brennstoffströmungsvolumen in jedem der mehreren Brennstoffsystemen anhand des Gesamtströmungsvolumens, das im Gesamtströmungsvolumen-Berechnungsschritt bestimmt wird, und der Strömungsvolumenverhältniszahl, die vom Strömungsvolumenverhältniszahl-Berechnungsverfahren berechnet wird, bestimmt; und einen Ventilsteuerschritt zum Ausgeben eines Steuersignals an ein Brennstoffströmungsvolumenregelventil, das in jedem der mehreren Brennstoffsysteme vorgesehen ist, derart, dass das Brennstoffströmungsvolumen in jedem der mehreren Brennstoffsysteme zum entsprechenden Brennstoffströmungsvolumen wird, das im Systemströmungsvolumen-Berechnungsschritt bestimmt wurde.