DE112017001213T5

DE112017001213T5 - Brennstoffsteuervorrichtung, Brennkammer, Gasturbine, Brennstoffsteuerverfahren und Programm

Info

Publication number: DE112017001213T5
Application number: DE112017001213.9T
Authority: DE
Inventors: Kenji Miyamoto; Kotaro Miyauchi; Hisashi Nakahara; Kiyoshi Fujimoto
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-12-20
Also published as: KR20180100695A; US11555457B2; CN108699970B; US20200291872A1; KR102102071B1; CN108699970A; WO2017154976A1; JP2017160811A; JP6651389B2

Abstract

Eine Brennstoffsteuervorrichtung umfasst eine Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit, eine Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit und eine Korrekturwert-Bestimmungseinheit. Die Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit ist derart eingerichtet, um einen Öffnungsgrad eines Strömungsrateneinstellventils einer Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung, die als die Basis für eine Vielzahl von Zweigleitungen dient, auf der Basis von einem Brennstoffsteuersignalbefehlswert gemäß einer Leistung einer Gasturbine zu bestimmen. Die Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit ist eingerichtet, um den Öffnungsgrad jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis einer Betriebssituation der Gasturbine einzustellen. Die Korrekturwert-Bestimmungseinheit ist eingerichtet, um einen Korrekturwert des Öffnungsgrads jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis eines Werts einer Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen, die entsprechend mit den Zweigleitungen verbunden sind, und einem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass zu bestimmen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffsteuervorrichtung, eine Brennkammer, eine Gasturbine, ein Brennstoffsteuerverfahren und ein Programm.
Die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-044242 , angemeldet am 08. März 2016 wird beansprucht, wobei deren Inhalt hierin durch Inbezugnahme eingebunden wird.
Technischer Hintergrund
Es gibt eine Gasturbine, die eine Brennkammer aufweist, die eine Vielzahl von Düsen hat.
Als eine entsprechende Technologie offenbart Patentdokument 1 eine Technologie, die eine Brennkammer, die eine Vielzahl von Düsen hat, aufweist, und welcher eine Brennstoffströmungsrate auf der Basis eines Betriebszustands einer Gasturbine steuert.
Zitierungsliste
Patentdokument
[Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2007-77866
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Im Übrigen kann es eine Problemstellung geben, dass, wenn sich Druckdifferenzen zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen einer Brennkammer und einem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass verändern, sich die Verbrennungseigenschaften der Gasturbine ändern.
Deswegen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffsteuervorrichtung, eine Brennkammer, eine Gasturbine, ein Brennstoffsteuerverfahren und ein Programm zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, das obige Problem zu lösen.
Lösung des Problems
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennstoffsteuervorrichtung eine Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit, die eingerichtet ist, um einen Öffnungsgrad eines Strömungsrateneinstellventils einer Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung, die als die Basis für eine Vielzahl von Zweigleitungen dient, auf der Basis eines Brennstoffsteuersignalbefehlswerts gemäß einer Leistung einer Gasturbine zu bestimmen, eine Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit, die dazu eingerichtet ist, den Öffnungsgrad eines jeden Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis einer Betriebssituation der Gasturbine zu bestimmen und eine Korrekturwert-Bestimmungseinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Korrekturwert des Öffnungsgrads eines jeden Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis eines Wertes einer Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen, die entsprechend mit den Zweigleitungen verbunden sind, und einem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass zu bestimmen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Brennstoffsteuervorrichtung des ersten Aspekts in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von einer zweiten Brennstoffdüse, die mit der Zweigleitung verbunden ist, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass vermindert ist, die Korrekturwert-Bestimmungseinheit einen Korrekturwert zum Anheben eines dritten Brennstoffsteuersignalbefehlswerts bestimmen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Brennstoffsteuervorrichtung des ersten Aspekts oder des zweiten Aspekts in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse, die mit der Zweigleitung verbunden ist und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass in einem Bereich von 0,1 Megapascal bis 1 Megapascal liegt, die Korrekturwert-Bestimmungseinheit den Korrekturwert des Öffnungsgrads jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung bestimmen.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Brennstoffsteuervorrichtung irgendeines des ersten bis dritten Aspekts in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von einer ersten Brennstoffdüse, die mit der Zweigleitung verbunden ist, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass vermindert ist, die Korrekturwert-Bestimmungseinheit den Korrekturwert zum Anheben eines ersten Brennstoffsteuersignalbefehlswerts bestimmen.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Brennstoffsteuervorrichtung irgendeines des ersten bis vierten Aspekts in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse, die mit der Zweigleitung verbunden ist, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass in einem Bereich von 0,01 Megapascal bis 0,1 Megapascal liegt, die Korrekturwert-Bestimmungseinheit den Korrekturwert des Öffnungsgrads jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung bestimmen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennkammer eine erste Brennstoffdüse, deren Strömungsrate durch ein erstes Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung irgendeines des ersten bis fünften Aspekts umfasst ist, gesteuert wird, eine zweite Brennstoffdüse, deren Strömungsrate durch ein zweites Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung vorhanden ist, gesteuert wird und eine dritte Brennstoffdüse, deren Strömungsrate durch ein drittes Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung vorhanden ist, gesteuert wird.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gasturbine die Brennstoffsteuervorrichtung nach irgendeinem des ersten bis fünften Aspekts und eine Brennkammer, die eine erste Brennstoffdüse umfasst, deren Strömungsrate durch ein erstes Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung vorhanden ist, gesteuert wird, eine zweite Brennstoffdüse, deren Strömungsrate durch ein zweites Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung vorhanden ist, gesteuert wird und eine dritte Brennstoffdüse, deren Strömungsrate durch ein drittes Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung vorhanden ist, gesteuert wird.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Brennstoffsteuerverfahren ein Bestimmen eines Öffnungsgrades eines Strömungsrateneinstellventils einer Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung, die als die Basis einer Vielzahl von Zweigleitungen dient, auf der Basis von einem Brennstoffsteuersignalbefehlswert gemäß einer Leistung einer Gasturbine, ein Bestimmen des Öffnungsgrades eines jeden Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis einer Betriebssituation der Gasturbine und ein Bestimmen eines Korrekturwerts des Öffnungsgrades eines jeden Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis eines Wertes einer Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen, die entsprechend mit den Zweigleitungen verbunden sind, und einem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung veranlasst ein Programm einen Computer die Ausführung eines Bestimmens eines Öffnungsgrades eines Strömungsrateneinstellventils einer Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung, die als Basis einer Vielzahl von Zweigleitungen dient, auf der Basis eines Brennstoffsteuersignalbefehlswerts gemäß einer Leistung einer Gasturbine, ein Bestimmen des Öffnungsgrades jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis einer Betriebssituation der Gasturbine und ein Bestimmen eines Korrekturwerts des Öffnungsgrades jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis eines Werts einer Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen, die entsprechend mit den Zweigleitungen verbunden sind, und einen korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Brennstoffsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Schwankung der Verbrennungseigenschaften einer Gasturbine zu vermeiden, die in einem Fall auftreten, in dem sich eine Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen einer Brennkammer und einem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass ändert.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung, die eine Gestaltung einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Darstellung, die ein Verhältnis zwischen einem Brennstoffsteuersignalbefehlswert und einem dritten Brennstoffverteilungsverhältnis in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Darstellung, die ein Verhältnis zwischen dem Brennstoffsteuersignalbefehlswert und einem Δdritten Brennstoffverteilungsverhältnis in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Darstellung, die ein Verhältnis zwischen einer Druckdifferenz einer zweiten Brennstoffdüse und einem Korrekturkoeffizient gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Darstellung, die ein Verhältnis zwischen der Druckdifferenz einer zweiten Brennstoffdüse und Verbrennungseigenschaften der Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Darstellung, die jeweils ein Verhältnis zwischen einem ersten Brennstoffverteilungsverhältnis und einer Druckdifferenz einer ersten Brennstoffdüse und ein Verhältnis zwischen dem ersten Brennstoffverteilungsverhältnis und Brennstoffeigenschaften gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Ausführungsform>
Im Folgenden wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
Ein Aufbau einer Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden.
Wie gezeigt in 1 umfasst die Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffsteuervorrichtung 10, ein erstes Strömungsrateneinstellventil 20, ein zweites Strömungsrateneinstellventil 30, ein drittes Strömungsrateneinstellventil 40, ein viertes Strömungsrateneinstellventil 50, eine Brennkammer 60 und einen Turbinenkörper 70.
Außerdem ist in 1 eine Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung mit einem Bezugszeichen Ra bezeichnet. Außerdem ist in 1 eine erste Zweigleitung, die eine einer Vielzahl von Zweigleitungen ist, die von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra abzweigen, mit dem Bezugszeichen R1 bezeichnet. Außerdem ist in 1 eine zweite Zweigleitung, die von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra abzweigt, mit dem Bezugszeichen R2 bezeichnet und eine dritte Zweigleitung, die von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra abzweigt, ist mit einem Bezugszeichen R3 bezeichnet.
Die Brennstoffsteuervorrichtung 10 umfasst eine Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit 101, eine Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit 102 und eine Korrekturwert-Bestimmungseinheit 103.
Die Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit 101 bestimmt einen Öffnungsgrad eines Strömungsrateneinstellventils (das erste Strömungsrateneinstellventil 20) der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra, die als die Basis einer Vielzahl von Zweigleitungen dient (die erste Zweigleitung R1, die zweite Zweigleitung R2 und die dritte Zweigleitung R3) auf der Basis eines Brennstoffsteuersignalbefehlswerts gemäß einer Leistung der Gasturbine 1. Zum Beispiel wird der Brennstoffsteuersignalbefehlswert entsprechend der Leistung der Gasturbine 1 als ein Wert proportional zu einer Leistung eines elektrischen Generators (nicht gezeigt), der durch die Gasturbine 1 angetrieben wird oder als ein Wert proportional zu einer Gasturbineneinlassbrenngastemperatur definiert.
Die Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit 102 bestimmt die Öffnungsgrade jedes der Strömungsrateneinstellventile (das zweite Strömungsrateneinstellventil 30, das dritte Strömungsrateneinstellventil 40 und das vierte Strömungsrateneinstellventil 50) der Vielzahl von Zweigleitungen, die von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra abzweigen, auf der Basis einer Betriebssituation der Gasturbine 1.
Die Korrekturwert-Bestimmungseinheit 103 bestimmt einen Korrekturwert des Öffnungsgrads jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis eines Wertes einer Druckdifferenz (in der Zeichnung als eine „Druckdifferenz der Düse“ beschrieben) zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen (eine erste Brennstoffdüse 601, eine zweite Brennstoffdüse 602 und eine dritte Brennstoffdüse 603, die später beschrieben werden), die jeweils mit den Zweigleitungen verbunden sind, und einem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass.
Das erste Strömungsrateneinstellventil 20 stellt eine Strömungsrate der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra auf der Basis einer Steuerung durch die Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit 101 ein.
Das zweite Strömungsrateneinstellventil 30 stellt eine Strömungsrate zur ersten Zweigleitung R1 von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra auf der Basis einer Steuerung durch die Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit 102 ein.
Das dritte Strömungsrateneinstellventil 40 stellt eine Strömungsrate zur zweiten Zweigleitung R2 von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra auf der Basis einer Steuerung durch die Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit 102 ein.
Das vierte Strömungsrateneinstellventil 50 stellt eine Strömungsrate zur dritten Zweigleitung R3 von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra auf der Basis einer Steuerung durch die Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit 102 ein.
Die Brennkammer 60 umfasst die erste Brennstoffdüse 601, die zweite Brennstoffdüse 602 und die dritte Brennstoffdüse 603.
Die erste Brennstoffdüse 601 ist mit der ersten Zweigleitung R1 verbunden.
Die zweite Brennstoffdüse 602 ist mit der zweiten Zweigleitung R2 verbunden.
Die dritte Brennstoffdüse 603 ist mit der dritten Zweigleitung R3 verbunden.
Die Brennkammer 60 verbrennt ein Brenngas, welches von jeder der ersten Brennstoffdüse 601, der zweiten Brennstoffdüse 602 und der dritten Brennstoffdüse 603 geliefert wird, um ein Hochtemperaturverbrennungsgas zu erzeugen. Die Brennkammer 60 entlässt das erzeugte Hochtemperaturverbrennungsgas zum Turbinenkörper 70.
Der Turbinenkörper 70 wandelt thermische Energie, die durch das Ausdehnen des Hochtemperaturverbrennungsgases erhalten wird und von der Brennkammer 60 zugeführt wird in Rotationsenergie eines Rotors (einer Rotorwelle) um.
Die Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt den Öffnungsgrad des Strömungsrateneinstellventils der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra auf der Basis des Brennstoffsteuersignalbefehlswerts gemäß einer Leistung der Gasturbine 1 und bestimmt die Strömungsrate der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra. Die Gasturbine 1 bestimmt die Öffnungsgrade jeder der Strömungsrateneinstellventile der Vielzahl der Zweigleitungen, die von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra abzweigen, auf der Basis der Betriebssituation der Gasturbine 1. Eine Verteilung der Strömungsraten, die zu jeder der Vielzahl der Zweigleitungen von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra geliefert werden, wird durch die Bestimmung der Öffnungsgrade bestimmt. Die Gasturbine 1 bestimmt den Korrekturwert der Öffnungsgrade von jedem der Strömungsrateneinstellventile der Zweigleitung auf der Basis des Wertes der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen, die mit den Zweigleitungen entsprechend verbunden sind, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass und korrigiert den Brennstoffdruck der Strömungsraten, die zu jeder der Vielzahl der Zweigleitungen von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra geliefert werden.
Deswegen kann die Gasturbine 1 Schwankungen in Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1 aufgrund von Schwankungen der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen, die mit den Zweigleitungen entsprechend verbunden sind, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass durch das Bestimmen des Korrekturwerts der Öffnungsgrade jeder der Strömungsrateneinstellventile der Zweigleitung auf der Basis des Wertes der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen, die mit den Zweigleitungen entsprechend verbunden sind, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass und das Korrigieren der Verteilung der Strömungsraten, die zu jeder der Vielzahl der Zweigleitungen von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra geliefert werden, verhindern.
(Erstes Beispiel)
Zuerst wird ein Beispiel beschrieben, bei dem eine Schwankung von Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1 aufgrund einer Schwankung einer Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse 602, welche das meiste zur Verbrennung in der Brennkammer 60 beiträgt, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass vermieden wird.
Die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass kann durch die folgende Formel (1) erhalten werden.
[Mathematik 1] $\begin{array}{l} Die Druckdifferenz der zweiten Düse 6 02 = ein \\ Sammlerdruck-eines Druckes der Brennkammer 60 \end{array}$
Es wird darauf hingewiesen, dass der Sammlerdruck der zweiten Brennstoffdüse 602 unter Verwendung einer Druckmessuhr bestimmt wird.
Ein Gehäusedruck wird unter Verwendung einer Druckmessuhr bestimmt und der Druck der Brennkammer 60 (ein Druck stromaufwärts vom Turbinenkörper 70) kann durch Rechnung (Kabinendruck) × α erhalten werden.
Ein Verhältnis zwischen dem Brennstoffsteuersignalbefehlswert und einem Δ dritten Brennstoffverteilungsverhältnis entsprechend der Leistung der Gasturbine 1 gezeigt in 3 kann erhalten werden durch Umwandung des dritten Brennstoffverteilungsverhältnis in ein Verhältnis zwischen dem Brennstoffsteuersignalbefehlswert und einem dritten Brennstoffverteilungsverhältnis entsprechend der Leistung der Gasturbine 1, gezeigt in 2, von 0 bis 1.
In einem Beispiel eines Verhältnisses zwischen der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass und einem Korrekturkoeffizient, gezeigt in 4, ist der Korrekturkoeffizient in einem Fall 0, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass größer ist als Pr1 [MPa] (Megapascal). Außerdem nimmt in einem Beispiel des Verhältnisses zwischen der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass und dem Korrekturkoeffizient, gezeigt in 4, der Korrekturkoeffizient ab, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass von Pr1 [MPa] abfällt.
Das Verhältnis zwischen der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass und dem Korrekturkoeffizient kann wie folgt bestimmt werden. Das bedeutet, dass ein Verhältnis zwischen der zweiten Brennstoffdüse 602 in der Gasturbine 1 und den Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1, wie in 5 gezeigt wird, erhalten wird und in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass zum Beispiel gleich ist oder kleiner ist als Pr1 [MPa], bestimmt die Gasturbine leine Korrektur zur Reduzierung des dritten Brennstoffverteilungsverhältnisses und führt diese Korrektur aus. Die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass steigt an und es ist möglich, eine Schwankung in den Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1 durch Durchführung der Korrektur zur Reduktion des dritten Brennstoffverteilungsverhältnisses durchzuführen, in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass gleich oder kleiner ist als Pr1 [MPa].
Es sei darauf hingewiesen, dass das Verhältnis zwischen der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass und dem Korrekturkoeffizient durch Ausführen eines Versuches an der aktuellen Gasturbine 1 und auf der Basis von Versuchsergebnissen hieraus, bestimmt werden kann.
Außerdem wird in Bezug auf das Beispiel des Verhältnisses zwischen der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass und den Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1, gezeigt in 5, bestimmt, eine Korrektur auszuführen, die das dritte Brennstoffverteilungsverhältnis reduziert, in einem Fall, in dem die Druckdifferenz gleich oder kleiner ist als Pr1 [MPa], aber die vorliegende Erfindung ist hierauf nicht begrenzt. Ein Bereich der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass, wenn die Korrektur, die zum Reduzieren des dritten Brennstoffverteilungsverhältnisses durchgeführt wird, bestimmt wird, beträgt ungefähr 0,1 [MPa] bis 1 [MPa].
Der Korrekturwert des dritten Brennstoffverteilungsverhältnis kann durch die Multiplikation des dritten Brennstoffverteilungsverhältnis, gezeigt in 3, mit dem Korrekturkoeffizient, gezeigt in 4, erhalten werden.
Das bedeutet, dass ein drittes Brennstoffverteilungsverhältnis FTH nach der Korrektur durch die nachfolgende Formel (2) berechnet werden kann unter Verwendung eines dritten Brennstoffverteilungsverhältnis FX1, vor der Korrektur gezeigt in 2, des dritten Brennstoffverteilungsverhältnisses, gezeigt in 3, und des Korrekturkoeffizienten gezeigt in 4.
[Mathematik 2] $FTH = FX 1 + FX 2 \times FX 3$
Die Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit 101 bestimmt den Öffnungsgrad des Strömungsrateneinstellventils (das erste Strömungsrateneinstellventil 20) der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra auf der Basis des Brennstoffsteuersignalbefehlswerts entsprechend der Leistung der Gasturbine 1. Die Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit 102 bestimmt die Öffnungsgrade jeder der Strömungsrateneinstellventile (das zweite Strömungsrateneinstellventil 30, das dritte Strömungsrateneinstellventil 40 und das vierte Strömungsrateneinstellventil 50) der Vielzahl der Zweigleitungen (die erste Zweigleitung R1, die zweite Zweigleitung R2 und die dritte Zweigleitung R3), die von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra abzweigen auf der Basis der Betriebssituation der Gasturbine 1. In einem Fall, in dem die Schwankung in den Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1 aufgrund einer Reduktion der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der zweiten Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass verhindert wird, steigert die Korrekturwert-Bestimmungseinheit 103 das Verhältnis des dritten Brennstoffsteuersignalbefehlswerts und steigert den zweiten Brennstoffsteuersignalbefehlswert auf der Basis des Druckdifferenzwerts zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der zweite Brennstoffdüse 602 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass.
(Zweites Beispiel)
Als nächstes wird ein Beispiel beschrieben werden, bei dem eine Schwankung der Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1 aufgrund einer Schwankung einer Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass in der Brennkammer 60 verhindert wird.
Im Übrigen wird in einem Fall, in dem die Schwankung in den Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1 aufgrund der Schwankung der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der ersten Brennstoffdüse 601 der Brennkammer 60 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass verhindert wird, ein erster Brennstoffsteuersignalbefehlswert auf der Basis der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass gesteuert.
Zum Beispiel, wenn ein Verhältnis zwischen dem ersten Brennstoffverteilungsverhältnis und der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass oder ein Verhältnis zwischen dem ersten Brennstoffverteilungsverhältnis und Brennstoffeigenschaften gezeigt in 6 in einem Fall ausgebildet wird, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass gleich oder kleiner ist als Pr2 [MPa], wird aus dem Verhältnis zwischen dem ersten Brennstoffverteilungsverhältnis und den Brennstoffeigenschaften bestimmt, eine Korrektur durchzuführen, die das erste Brennstoffverteilungsverhältnis erhöht. Die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass steigt an und es ist möglich, die Schwankung in den Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1 durch Ausführung der Korrektur, die das erste Brennstoffverteilungsverhältnis anhebt, zu verhindern, in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass gleich oder kleiner ist als Pr2 [MPa].
Es sei angemerkt, dass das Verhältnis zwischen dem ersten Brennstoffverteilungsverhältnis und der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass durch Ausführen eines Versuches an der aktuellen Gasturbine 1 und auf der Basis eines Versuchsergebnisses hieraus, bestimmt werden kann.
Außerdem wird unter Bezugnahme auf das Beispiel des Verhältnisses zwischen dem ersten Brennstoffverteilungsverhältnis und der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass, gezeigt in 6, bestimmt, die Korrektur auszuführen, die das erste Brennstoffverteilungsverhältnis steigert, in einem Fall, in dem die Druckdifferenz gleich oder kleiner ist als Pr2 [MPa], aber die vorliegende Erfindung ist hierauf nicht begrenzt. Der Bereich der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass, welche bestimmt wurde, um die Korrektur durchzuführen, die das erste Brennstoffverteilungsverhältnis anhebt, ist ungefähr 0,01 [MPa] bis 0,1 [MPa].
Die Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit 101 bestimmt den Öffnungsgrad des Strömungsrateneinstellventils (das erste Strömungsrateneinstellventil 20) der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra auf der Basis des Brennstoffsteuersignalbefehlswerts entsprechend der Leistung der Gasturbine 1. Die Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit 102 bestimmt die Öffnungsgrade jedes Strömungsrateneinstellventils (das zweite Strömungsrateneinstellventil 30, das dritte Strömungsrateneinstellventil 40 und das vierte Strömungsrateneinstellventil 50) der Vielzahl der Zweige, die von den Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitungen abzweigen (die erste Zweigleitung R1, die zweite Zweigleitung R2 und die dritte Zweigleitung R3) auf der Basis der Betriebssituation der Gasturbine 1. In einem Fall, in dem die Schwankung in den Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1 aufgrund der Verminderung der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass vermieden wird, erhöht die Korrekturwert-Bestimmungseinheit 103 das Verhältnis des ersten Brennstoffsteuersignalbefehlswerts auf der Basis des Druckdifferenzwerts zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts der ersten Brennstoffdüse 601 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass.
Die Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. In der Gasturbine 1 umfasst die Brennstoffsteuervorrichtung 10 die Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit 101, die Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit 102 und die Korrekturwert-Bestimmungseinheit 103. Die Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit 101 bestimmt den Öffnungsgrad des Strömungsrateneinstellventils (das erste Strömungsrateneinstellventil 20) der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra auf der Basis des Brennstoffsteuersignalbefehlswerts entsprechend der Leistung der Gasturbine 1. Die Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit 102 bestimmt die Öffnungsgrade jedes der Strömungsrateneinstellventile (das zweite Strömungsrateneinstellventil 30, das dritte Strömungsrateneinstellventil 40 und das vierte Strömungsrateneinstellventil 50) der Vielzahl der Zweigleitungen (die erste Zweigleitung R1, die zweite Zweigleitung R2 und die dritte Zweigleitung R3), die von der Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung Ra abzweigen, auf der Basis der Betriebssituation der Gasturbine 1. Die Korrekturwert-Bestimmungseinheit 103 bestimmt den Korrekturwert des Öffnungsgrads jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis des Werts einer Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen (der ersten Brennstoffdüse 601, der zweiten Brennstoffdüse 602 und der dritten Brennstoffdüse 603), die mit den Zweigleitungen entsprechend verbunden sind, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass.
Deswegen kann die Brennstoffsteuervorrichtung 10 die Schwankung in den Verbrennungseigenschaften der Gasturbine 1, die in einem Fall auftraten, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen der Brennkammer 60 und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass variiert, verhindern.
Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, kann die oben beschriebene Brennstoffsteuervorrichtung 10 ein Computersystem aufweisen. Außerdem können Prozeduren für oben beschriebene Verfahren in einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium in der Form eines Programmes gespeichert werden und die oben beschriebenen Verfahren können durch den Computer, der das Programm liest und ausführt, durchgeführt werden. Hier kommen als die computerlesbaren Aufzeichnungsmedien eine magnetische Scheibe, eine magneto-optische Scheibe, eine CD-ROM, eine DVD-ROM oder ein Halbleiterspeicher und dergleichen in Frage. Außerdem kann das Computerprogramm zum Computer durch eine Kommunikationsleitung verteilt werden und der Computer, der die Verteilung empfängt, kann das Programm ausführen.
Außerdem kann das oben beschriebene Programm einen Teil der oben beschriebenen Funktionen realisieren. Außerdem kann das oben beschriebene Programm eine Datei sein, die in der Lage ist, die oben beschriebenen Funktionen durch eine Kombination mit einem Programm, welches in dem Computersystem vorab gespeichert ist, zu realisieren, eine sogenannte Differenzdatei (ein Differenzprogramm).
Obwohl verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, sind diese Ausführungsformen Beispiele und beschränken nicht den Gehalt der Erfindung. Verschiedene Hinzufügungen, Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen können bei diesen Ausführungsformen gemacht werden, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der Brennstoffsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Schwankungen in Verbrennungseigenschaften einer Gasturbine zu verhindern, die in einem Fall auftreten, in dem eine Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen einer Brennkammer und einem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass variiert.
Bezugszeichenliste

1: Gasturbine
10: Brennstoffsteuervorrichtung
20: Erstes Strömungsrateneinstellventil
30: Zweites Strömungsrateneinstellventil
40: Drittes Strömungsrateneinstellventil
50: Viertes Strömungsrateneinstellventil
60: Brennkammer
70: Turbinenkörper
101: Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit
102: Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit
103: Korrekturwert-Bestimmungseinheit
601: Erste Brennstoffdüse
602: Zweite Brennstoffdüse
603: Dritte Brennstoffdüse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016 [0002]

Claims

Eine Brennstoffsteuervorrichtung umfassend: eine Stamm-/Hauptbrennstoffventil-Öffnungsgrad-Bestimmungseinheit die eingerichtet ist, um einen Öffnungsgrad eines Strömungsrateneinstellventils einer Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung, die als die Basis für eine Vielzahl von Zweigleitungen dient, auf der Basis eines Brennstoffsteuersignalbefehlswerts entsprechend einer Leistung einer Gasturbine zu bestimmen, eine Zweigleitungs-Strömungsraten-Bestimmungseinheit die eingerichtet ist, um den Öffnungsgrad eines jeden Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis einer Betriebssituation der Gasturbine zu bestimmen, und eine Korrekturwert-Bestimmungseinheit die eingerichtet ist, um einen Korrekturwert des Öffnungsgrads eines jeden Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis eines Werts einer Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen, die entsprechend mit den Zweigleitungen verbunden sind, und einem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass zu bestimmen.
Die Brennstoffsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von einer zweiten Brennstoffdüse verbunden mit einer Zweigleitung und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass vermindert ist, die Korrekturwert-Bestimmungseinheit den Korrekturwert zum Anheben eines dritten Brennstoffsteuersignalbefehlswerts bestimmt.
Die Brennstoffsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse, die mit der Zweigleitung verbunden ist, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass in einem Bereich von 0,1 Megapascal bis 1 Megapascal ist, die Korrekturwert-Bestimmungseinheit den Korrekturwert des Öffnungsgrads jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung bestimmt.
Die Brennstoffsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von einer ersten Brennstoffdüse, die mit der Zweigleitung verbunden ist, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass vermindert ist, die Korrekturwert-Bestimmungseinheit den Korrekturwert zum Anheben eines ersten Brennstoffsteuersignalbefehlswerts bestimmt.
Die Brennstoffsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in einem Fall, in dem die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse, die mit der Zweigleitung verbunden ist, und dem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck am Auslass in einem Bereich von 0,01 Megapascal bis 0,1 Megapascal liegt, die Korrekturwert-Bestimmungseinheit den Korrekturwert für den Öffnungsgrad jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung bestimmt.
Eine Brennkammer umfassend: eine erste Brennstoffdüse, deren Strömungsrate durch ein erstes Strömungsrateneinstellventil gesteuert wird, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung irgendeines der Ansprüche 1 bis 5 umfasst ist, eine zweite Brennstoffdüse, deren Strömungsrate durch ein zweites Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung umfasst ist, gesteuert wird, und eine dritte Brennstoffdüse, deren Strömungsrate durch ein drittes Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung umfasst ist, gesteuert wird.
Eine Gasturbine umfassend: die Brennstoffsteuervorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, und eine Brennkammer, der eine erste Brennstoffdüse umfasst, deren Strömungsrate durch ein erstes Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung umfasst ist, gesteuert wird, eine zweite Brennstoffdüse, deren Strömungsrate durch ein zweites Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung umfasst ist, gesteuert wird und eine dritte Brennstoffdüse, deren Strömungsrate durch ein drittes Strömungsrateneinstellventil, welches in der Brennstoffsteuervorrichtung umfasst ist, gesteuert wird.
Ein Brennstoffsteuerverfahren umfassend: Bestimmen eines Öffnungsgrads eines Strömungsrateneinstellventils einer Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung, die als eine Basis für eine Vielzahl von Zweigleitungen dient, auf der Basis eines Brennstoffsteuersignalbefehlswerts gemäß einer Leistung einer Gasturbine, Bestimmen des Öffnungsgrads jedes Strömungsrateneinstellventils der Zweigleitung auf der Basis einer Betriebssituation der Gasturbine, und Bestimmen eines Korrekturwerts des Öffnungsgrads für jedes Strömungsrateneinstellventil der Zweigleitung auf der Basis eines Wertes einer Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen, die entsprechend mit den Zweigleitungen verbunden sind, und einem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass.
Ein Programm, welches einen Computer veranlasst, auszuführen: Bestimmen eines Öffnungsgrads eines Strömungsrateneinstellventils einer Stamm-/Hauptbrennstoffversorgungsleitung, die als die Basis einer Vielzahl von Zweigleitungen dient, auf der Basis eines Brennstoffsteuersignalbefehlswerts gemäß einer Leistung einer Gasturbine, Bestimmen des Öffnungsgrads jedes Strömungsrateneinstellventils einer Zweigleitung auf der Basis einer Betriebssituation der Gasturbine, und Bestimmen eines Korrekturwerts des Öffnungsgrads für jedes Strömungsrateneinstellventil der Zweigleitung auf der Basis eines Werts einer Druckdifferenz zwischen einem Brennstoffdruck stromaufwärts von jeder der Düsen, die entsprechend mit den Zweigleitungen verbunden sind, und einem korrigierten Brennstoffdruck für den Brennstoffdruck an einem Auslass.