JP2001214756A - 圧縮機の運転監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機のダストによる汚染状況を確実に監視
する。 【解決手段】 効率演算器１９は、圧縮機３の入口およ
び出口温度検出器１０，１３と、入口および出口圧力検
出器１１，１４との出力に応答し、圧縮機３の効率ηを
演算する。設定手段２０は、ダストによる汚染のない正
常な状態の圧縮機３の基準効率ηｉを設定する。効率比
演算器２１は、効率演算器１９および設定手段２０の出
力に応答し、効率比ηｒ（＝η／ηｉ）を演算する。平
均値演算器２３は、効率比演算器２１の出力に応答し、
効率比の移動平均値ηｒｍを演算する。弁別手段１８
は、前記求めた効率比ηｒの移動平均値ηｒｍが予め定
める許容値ηｏ以下である状態が予め定める移動平均値
ηｒｍの演算回数継続したことを判別し、圧縮機３がダ
ストによって汚染されていることを表す出力を導出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダストを多量に含
むガスを圧縮する圧縮機およびその圧縮機を備えるガス
タービン発電設備の運転監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、高炉ガスなどのダストを多量
に含み、かつ低圧で発熱量の低いガスをガスタービン発
電設備の燃料として用いる場合、燃料ガスは圧縮機、た
とえば軸流圧縮機で圧縮された後、ガスタービンの燃焼
器に送られて燃焼される。この圧縮機には、運転中に燃
料ガスのダストが圧縮機の翼に付着し、圧縮機の効率を
低下させて圧縮機の消費動力を増大させるという問題が
ある。さらに、圧縮機のダストによる汚染が進行する
と、最悪の場合には回転バランスが崩れて圧縮機の破損
をもたらす恐れもある。このような問題を解決するため
には、運転中における圧縮機のダストによる汚染状況を
監視することが必要である。しかしながら、ダストによ
る圧縮機の汚染は圧縮機の内部で進行するので、これま
で有効な監視装置がなく、定期的な点検による監視が主
として行われていた。

【０００３】特公平３−３７００２号公報には、ガスタ
ービン発電設備のガスタービンにおける運転中のダスト
付着状況の監視装置が開示されている。すなわち、この
先行技術には、発電機によって生ずる電力Ｗを検出し、
タービンの翼にダストが付着していない正常な状態に相
当する発電機の電力ＷＮを演算によって求め、両者の比
率η＝（Ｗ／ＷＮ）を求め、この比率ηの値が予め定め
る許容値以下になったときにガスタービンがダストによ
って汚染されていることを表す警報を発令する監視装置
が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように先行技術
では、発電機がガスタービンの発生動力の計測装置とし
て機能するので、発電機の出力を計測してガスタービン
の発生動力を検出し、それに基づいてダストの付着状況
を監視することが可能である。しかしながら、圧縮機
は、複雑な機械構成の一部として組込まれる場合が多い
ので、圧縮機の消費動力のみを単独で検出することは困
難である。また複数の圧縮機を同一の駆動源で駆動する
場合なども個々の圧縮機の消費動力を検出することは困
難である。したがって、圧縮機の場合、前記ガスタービ
ンのようにダスト付着状況を消費動力に基づいて判断す
ることが困難であり、前記先行技術を適用しても問題を
解決することができない。

【０００５】またガスタービン発電設備においても、圧
縮機のダストによる汚染状況を把握することができない
ので、ガスタービンがダストによって汚染されているの
か、圧縮機がダストによって汚染されているのかを判断
することができないという問題がある。したがって、ガ
スタービン発電設備の汚染対策を適切に行うことが困難
であり、ダスト付着状況を点検するための運転中止回数
が増加するという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、圧縮機の消費動力を検出
することができなくても、圧縮機のダストによる汚染状
況を確実に監視することができる圧縮機の運転監視装置
を提供することである。また本発明の他の目的は、ガス
タービンと圧縮機とを備えるガスタービン発電設備にお
いて、ガスタービンがダストによって汚染されているの
か、圧縮機がダストによって汚染されているのかを判断
することのできるガスタービン発電設備を提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ダストを含む
ガスを圧縮する圧縮機の運転監視装置において、圧縮機
の効率または効率に関連する値を検出する効率検出手段
と、効率検出手段の出力に応答し、検出された効率また
は効率に関連する値が予め定める値以下になったことを
弁別し、効率または効率に関連する値が低下したことを
表す出力を導出する弁別手段とを含むことを特徴とする
圧縮機の運転監視装置である。

【０００８】本発明に従えば、効率検出手段によって検
出された圧縮機の効率、たとえば断熱圧縮効率または効
率に関連する値、たとえば後記効率比の経時的な変化が
弁別手段によって監視され、圧縮機の効率または効率に
関連する値が予め定める値以下になったか否かが弁別さ
れる。また圧縮機の効率または効率に関連する値が予め
定める値以下になったことが弁別されると、効率または
効率に関連する値が低下したことを表す出力が導出され
る。これによって、圧縮機のダストによる汚染を効率ま
たは効率に関連する値を指標値として確実に検出するこ
とができる。

【０００９】また本発明で効率検出手段は、圧縮機の入
口と出口とのうち、少なくとも出口のガスの温度を検出
する温度検出器と、圧縮機の入口と出口とのうち、少な
くとも出口のガスの圧力を検出する圧力検出器と、温度
および圧力検出器の出力に応答し、少なくとも圧縮機の
出口におけるガスの温度および圧力から圧縮機の効率η
を演算する効率演算器とを含むことを特徴とする。

【００１０】本発明に従えば、少なくとも圧縮機の出口
におけるガスの温度および圧力から圧縮機の効率ηが演
算されるので、圧縮機の消費動力を検出することができ
なくても、圧縮機の効率ηを求めることができる。これ
によって、圧縮機の設置環境にかかわらず、たとえば複
雑な機械構成の一部として圧縮機が組込まれている場合
でも、確実に圧縮機の効率を求めることができるので、
幅広い用途に監視装置を適用することができる。

【００１１】また本発明で圧縮機は、１組の静翼と動翼
とを１または複数段有する軸流圧縮機であって、少なく
とも１段目の静翼は翼の角度を角変位可能に構成されて
おり、翼の角度を検出する角度検出器と、角度検出器の
出力に応答し、検出角度に対応する圧縮機のダストが付
着していない正常な状態における基準効率ηｉを設定す
る設定手段とを含み、効率検出手段は、設定手段の出力
に応答し、前記求めた効率ηと基準効率ηｉとの効率比
ηｒ（＝η／ηｉ）を演算する効率比演算器をさらに含
むことを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、設定手段によってダスト
の付着していない正常な状態における圧縮機の基準効率
ηｉが設定され、効率ηと基準効率ηｉとの効率比ηｒ
が演算される。これによって、効率比ηｒの経時的な変
化によってダスト付着状況を監視することができるの
で、効率ηの経時的な変化によってダスト付着状況を監
視するよりも明瞭にダストによる汚染の程度を検出する
ことができる。

【００１３】また本発明は、効率比演算器の出力に応答
し、効率比ηｒの演算値を平均化処理する平均値演算器
をさらに含むことを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、効率比ηｒの演算値が平
均化処理されるので、効率比ηｒの一時的な異常変動に
よる誤った判断を防止することができる。

【００１５】また本発明で効率比演算器は、予め定める
演算周期で効率比ηｒを演算し、平均値演算器は、効率
比演算器の出力に応答し、効率比ηｒが新たに演算され
る毎に新しいデータから順番に予め定めるデータ数を保
つように効率比ηｒの演算値をサンプリングし、サンプ
リングした効率比ηｒの演算値を平均化処理して移動平
均値ηｒｍを演算し、弁別手段は平均値演算器の出力に
応答し、効率比ηｒの移動平均値ηｒｍが予め定める値
以下になった状態に予め定める演算回数以上継続したこ
とを弁別し、効率比ηｒの移動平均値ηｒｍが低下した
ことを表す出力を導出することを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、効率比ηｒの平均化処理
が移動平均化処理によって行われるので、新たな効率比
ηｒが演算される毎に最も古い効率比ηｒの演算値と最
も新し効率比ηｒの演算値とが置き換えられる。これに
よって、効率比ηｒの平均値を適正に把握することがで
きる。また効率比ηｒの移動平均値ηｒｍが予め定める
値以下になった状態が予め定める移動平均の演算回数継
続したか否かが判断されるので、移動平均値ηｒｍの一
時的な異常変動による誤った判断を防止することができ
る。

【００１７】また本発明は、発電機を回転駆動して発電
するガスタービンと、燃料ガスを圧縮してガスタービン
の燃焼器に供給する圧縮機とを備えるガスタービン発電
設備の運転監視装置において、燃料ガスの流量を検出す
る流量検出器と、燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測
定器と、燃料ガスの流量および発熱量から燃料ガスのエ
ネルギＷ１を求める燃料ガスエネルギ演算器と、発電機
によって発電された電力Ｗ２を検出する電力検出器と、
燃料ガスエネルギ演算器および電力検出器の出力に応答
し、燃料ガスのエネルギＷ１および発電された電力Ｗ２
からガスタービン発電設備の全エネルギ損失ＷＬ（＝Ｗ
１−Ｗ２）を演算する全損失演算器と、圧縮機の入口と
出口とのうち、少なくとも出口のガスの温度を検出する
温度検出器と、圧縮機の入口と出口とのうち、少なくと
も出口のガスの圧力を検出する圧力検出器と、温度およ
び圧力検出器の出力に応答し、少なくとも圧縮機の出口
におけるガスの温度および圧力から圧縮機の効率ηを演
算する効率演算器と、効率演算器の出力に応答し、圧縮
機の損失ＷＣを演算する圧縮機損失演算器と、全エネル
ギ損失演算器および圧縮機損失演算器の出力に応答し、
全エネルギ損失ＷＬおよび圧縮機の損失ＷＣからガスタ
ービンの損失ＷＧ（＝ＷＬ−ＷＣ）を演算するガスター
ビン損失演算器と、圧縮機損失演算器およびガスタービ
ン損失演算器の出力に応答し、圧縮機の損失ＷＣが予め
定める値ＷＣＯ以上のとき、圧縮機の損失ＷＣが過大で
あることを表す出力を導出し、ガスタービンの損失ＷＧ
が予め定める値ＷＧＯ以上のとき、ガスタービンの損失
ＷＧが過大であることを表す出力を導出する制御手段と
を含むことを特徴とするガスタービン発電設備の運転監
視装置である。

【００１８】本発明に従えば、燃料ガスのエネルギＷ１
が演算によって求められ、発電機の発電電力Ｗ２が検出
されるので、全エネルギ損失ＷＬ（＝Ｗ１−Ｗ２）を求
めることができる。また圧縮機の損失ＷＣが演算によっ
て求められるので、前記求めた全エネルギ損失ＷＬと圧
縮機の損失ＷＣとからガスタービンの損失ＷＧ（＝ＷＬ
−ＷＣ）を求めることができる。また圧縮機の損失ＷＣ
が予め定める許容値ＷＣＯ以上のとき、圧縮機の損失Ｗ
Ｃが過大であることを表す出力が導出され、ガスタービ
ンの損失ＷＧが予め定める許容値ＷＧＯ以上のとき、ガ
スタービンの損失ＷＧが過大であることを表す出力が導
出される。これによって圧縮機およびガスタービンの損
失がそれぞれ求められ、予め定めるそれぞれの許容値と
比較されるので、圧縮機がダストによって汚染されてい
るのか、あるいはガスタービンがダストによって汚染さ
れているのかを確実に判断することができる。

【００１９】また本発明でガスタービン発電設備の圧縮
機には、圧縮機を洗浄する洗浄手段が設けられており、
制御手段は圧縮機の損失ＷＣが予め定める値ＷＣＯ以上
のとき、圧縮機を洗浄すべきことを表す出力を導出する
ことを特徴とする。

【００２０】本発明に従えば、圧縮機の損失ＷＣが過大
であるとき、洗浄手段によって圧縮機が洗浄されるの
で、適切なタイミングで圧縮機を洗浄することができ、
ダスト付着による不具合の発生を未然に防止することが
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態であ
る運転監視装置１の電気的構成を示すブロック図であ
り、図２は図１に示す運転監視装置１を備える圧縮機３
の構成を簡略化して示す系統図である。圧縮機３は、た
とえば後述の図６に示されるようにガスタービン発電設
備２８に備えられ、高炉ガスなどのダストを多量に含む
ガスを圧縮してガスタービン３０の燃焼器３１に供給す
る。圧縮機３は、たとえば軸流圧縮機であり、１組の静
翼４と動翼５とを１または複数段有する。圧縮機３の１
段目の静翼４はガスの流れ方向最上流側に配置されてお
り、さらに少なくとも１段目の静翼４には角度調整手段
６が設けられている。角度調整手段６は、たとえば複動
油圧シリンダによって実現され、静翼４とガスの流れ方
向１２との成す角度θ（以後、静翼角度と略称する）を
調整することができる。圧縮機３の回転軸７は、タービ
ンまたは電動機などの駆動源によって回転駆動される。

【００２２】圧縮機３の入口および出口には、ガスを圧
縮機３に導く入口管路８と、圧縮されたガスを圧縮機３
から排出する出口管路９とがそれぞれ接続されている。
入口管路８には、圧縮機３の入口におけるガスの温度Ｔ
１および圧力Ｐ１を検出する入口温度検出器１０および
入口圧力検出器１１がそれぞれ設けられており、出口管
路９には圧縮機３の出口におけるガスの温度Ｔ２および
圧力Ｐ２を検出する出口温度検出器１３および出口圧力
検出器１４がそれぞれ設けられている。さらに角度調整
手段６には、静翼角度θを検出する角度検出器１５が設
けられており、圧縮機３の回転軸７には回転軸７の回転
速度Ｎを検出する回転速度検出器１６が設けられてい
る。

【００２３】運転監視装置１は、効率検出手段１７と弁
別手段１８とを備える。効率検出手段１７は、入口およ
び出口温度検出器１０，１３と、入口および出口圧力検
出器１１，１４と、角度検出器１５と、効率演算器１９
と、設定手段２０と、効率比演算器２１と、平均値演算
器２３とを含む。効率演算器１９は、入口および出口温
度検出器１０，１３と入口および出口圧力検出器１１，
１４との出力に応答し、圧縮機３の効率ηを演算して効
率ηを表す出力を導出する。本実施の形態では、圧縮機
３の効率ηとして断熱圧縮効率ηが演算される。断熱圧
縮効率ηは、発生熱が外部に逃げないと仮定して求めら
れる効率であり、圧縮機３の断熱圧縮仕事とガスに実際
に与えられる仕事との比によって定義される。断熱圧縮
効率ηは次の式１によって求められる。式１中のｋは断
熱指数であり、ガスの種類によって定まる値である。

【００２４】

【数１】

【００２５】このように、圧縮機３の効率ηは、圧縮機
３の入口および出口におけるガスの温度Ｔ１，Ｔ２と、
圧縮機３の入口および出口におけるガスの圧力Ｐ１，Ｐ
２とを式１に代入することによって求められるけれど
も、通常圧縮機３の入口におけるガスの温度Ｔ１および
圧力Ｐ１は安定しているので、圧縮機３の入口における
ガスの温度Ｔ１および圧力Ｐ１に一定値を代入して圧縮
機３の効率ηを求めるようにしてもよい。

【００２６】本実施の形態では、圧縮機３のダストによ
る汚染の程度が圧縮機３の効率ηに基づいて判別され
る。これは次のように説明される。圧縮機３の入口にお
けるガスの温度Ｔ１および圧力Ｐ１が一定値であるとみ
なせる場合、圧縮機３の効率ηは式２によって表され
る。 η ＝ ｆ（Ｐ２，Ｔ２） …（２）

【００２７】圧縮機３の出口におけるガスの圧力Ｐ２お
よび温度Ｔ２は、圧縮すべきガスの種類Ｃ、圧縮機３の
回転軸７の回転速度Ｎ、静翼角度θおよび汚染の程度Ｘ
によって変化する。したがって式２は次の式３と置き換
えることができる。 η ＝ ｆ（Ｃ，Ｎ，θ，Ｘ） …（３）

【００２８】式３の要因のうち圧縮機３で圧縮されるガ
スの種類Ｃは予め決まっており、圧縮機３の回転速度Ｎ
も起動停止の一時的な部分を除いては一定の定格回転数
ＮＯで駆動されるので、圧縮機３の効率ηに影響を与え
る要因は静翼角度θと圧縮機３の汚染の程度Ｘとにな
る。したがって、圧縮機３の効率ηは、次の式４によっ
て表される。 η ＝ ｆ（θ，Ｘ） …（４）

【００２９】すなわち、静翼角度θが定まれば、圧縮機
３の効率ηは、圧縮機３のダストによる汚染の程度Ｘを
表すので、効率ηに基づいて圧縮機３がダストによって
汚染されているか否かを判断することができる。

【００３０】設定手段２０は、ダストによって汚染され
ていない正常な状態の圧縮機３の効率（以後、基準効率
ηｉと呼ぶ）、圧縮機３の定格回転数ＮＯおよび後述す
る効率比の移動平均値の許容値ηｏを設定し、設定値を
表す出力を導出する。このうち、基準効率ηｉは使用開
始時の正常な状態で計測された効率であり、実験によっ
て静翼角度θの関数として予め与えられる。設定手段２
０は、角度検出器１５の出力に応答し、検出された静翼
角度θに対応する基準効率ηｉを設定する。前記基準効
率ηｉとして、設計的に与えられた効率を用いてもよ
い。この場合、基準効率ηｉは数値データとして事前に
与えられる。

【００３１】効率比演算器２１は、効率演算器１９およ
び設定手段２０の出力に応答し、圧縮機３の効率ηと基
準効率ηｉとの効率比ηｒを演算して、演算値を表す出
力を導出する。効率比ηｒは次の式５によって表され
る。前記平均値演算器２３は効率比演算器２１の出力に
応答し、後述のように効率比ηｒの移動平均値ηｒｍを
演算し、演算値を表す出力を導出する。 ηｒ ＝ η／ηｉ …（５）

【００３２】弁別手段１８は、平均値演算器２３および
設定手段２０の出力に応答し、後述のように効率比ηｒ
の移動平均値ηｒｍが予め定める許容値ηｏ以下になっ
た状態が予め定める移動平均値の演算回数以上継続した
ことを弁別し、効率比ηｒの移動平均値ηｒｍが低下し
たことを表す出力、すなわち圧縮機３がダストによって
汚染されていることを表す出力を導出する。弁別手段１
８の出力は、警報器２４に送られる。警報器２４は、圧
縮機３がダストによって汚染されていることを表す警報
を発令する。弁別手段１８は、さらに回転速度検出器１
６および設定手段２０の出力に応答し、圧縮機３の回転
速度Ｎが定格回転速度ＮＯに到達したことを弁別し、到
達したことを表す信号を導出して効率検出手段１７の動
作を開始させる。前記弁別手段１８、効率演算器１９、
効率比演算器２１および平均値演算器２３は、マイクロ
コンピュータなどによって実現される処理回路２５を構
成する。

【００３３】図３は、図１に示す運転監視装置１の処理
回路２５の動作を説明するためのフローチャートであ
る。ステップａ１では、圧縮機３が運転中であるか否か
が判断され、運転中であればステップａ２に進む。ステ
ップａ２では、圧縮機３の回転速度Ｎの検出値がデータ
入力される。ステップａ３では、回転速度Ｎが定格回転
速度ＮＯに到達しているか否かが判断され、この判断が
肯定であれば、ステップａ４に進む。ステップａ１およ
びステップａ３の判断が否定であれば、ステップａ１２
に進み、警報が発令されていれば警報を解除して圧縮機
３の運転監視を終了する。このように、圧縮機３の運転
監視の開始に先立って、運転判断および回転速度判断が
行われるので、監視する時間範囲を安定した運転が行わ
れる期間に限定することができ、不安定な運転期間にお
ける異常な変動の影響を除去することができる。

【００３４】ステップａ４では、検出データである圧縮
機３の入口におけるガスの圧力Ｐ１および温度Ｔ１と、
圧縮機３の出口におけるガスの圧力Ｐ２および温度Ｔ２
と、静翼角度θとがデータ入力される。ステップａ５で
は、圧縮機３の効率ηが式１から演算される。ステップ
ａ６では、基準効率ηｉが検出された静翼角度θに対応
して次の式６に基づいて求められる。 ηｉ ＝ ηｉ（θ） …（６）

【００３５】ステップａ７では、効率比ηｒが式５に基
づいて演算される。効率比ηｒは予め定める演算周期、
たとえば３０分毎に演算される。このように圧縮機３の
運転監視が効率ηでなく効率比ηｒに基づいて行われる
のは、圧縮機３の汚染状況の経時的な変化を監視するに
は、ダストによる汚染のない状態との比較である効率比
ηｒで表した方が汚染の程度を明瞭に表すことができる
からである。

【００３６】ステップａ８では、効率比ηｒの移動平均
値ηｒｍが平均値演算器２３によって演算される。平均
値演算器２３は、効率比ηｒが新たに演算される毎に新
しいデータから順番に予め定めるデータ数（本実施の形
態では１２）を保つように効率比ηｒの演算値をサンプ
リングし、すなわち新たな効率比ηｒの演算値を加える
とともに最も古い効率比ηｒの演算値を廃棄してデータ
数を一定に保ち、サンプリングした効率比ηｒの演算値
を平均化処理して移動平均値ηｒｍを演算する。移動平
均値ηｒｍの演算式は、ｎを予め定めるデータ数、ηｒ
ｉをｉ番目の効率比ηｒの演算値とすると次の式７によ
って表される。

【００３７】

【数２】

【００３８】図４は、効率比ηｒの移動平均値ηｒｍの
経時的な変化と、警報器２４の作動状況を示すグラフで
ある。効率比ηｒの移動平均値ηｒｍは、図４（１）に
示すように圧縮機３のダストによる汚染の進行とともに
経時的に低下する。ステップａ９では、効率比ηｒの移
動平均値ηｒｍが予め定める許容値ηｏ以下であるか否
かが判断される。この判断が図４（１）の時刻ｔ１に示
すように肯定であれば、ステップａ１０に進む。

【００３９】ステップａ１０では、移動平均値ηｒｍが
許容値ηｏ以下である状態が予め定める移動平均の演算
回数ｍ（本実施の形態では４）継続したか否かが判断さ
れる。この判断が図４（１）の時刻ｔ２に示すように肯
定であれば、すなわち効率比ηｒの移動平均値ηｒｍが
許容値ηｏ以下である状態が所定演算回数継続したこと
が弁別されれば、圧縮機３がダストによって汚染されて
いると判定されて、ステップａ１１に進む。このように
効率比ηｒの移動平均値ηｒｍに基づいて圧縮機３の運
転監視が行われるので、外乱等による一時的な異常変動
による誤判断を防止することができる。

【００４０】ステップａ１１では、圧縮機３がダストに
よって汚染されていることを表す警報が図４（２）の時
刻ｔ２に示すように発令され、圧縮機３を洗浄すべきこ
とが勧告されて、圧縮機３の運転監視の１サイクルが終
了する。ステップａ９およびステップａ１０の判断が否
定であれば、ステップａ１２に進み、警報が発令されて
いれば警報を解除して圧縮機３の運転監視を終了する。
前記ステップａ１〜ａ１２の一連の処理は繰返して行わ
れる。

【００４１】このように、本実施の形態では圧縮機３の
効率比ηｒの移動平均値ηｒｍを指標値として圧縮機３
の運転監視が行われるので、圧縮機３の消費動力を検出
することができなくても、圧縮機３がダストによって汚
染されているか否かを確実に検出することができる。こ
れによって、圧縮機３が複雑な機械構成の一部として組
込まれている場合でも、圧縮機３の運転監視を的確に行
うことができ、運転監視装置１を圧縮機を備える様々な
設備において好適に適用することができる。

【００４２】以上述べたように、本実施の形態では圧縮
機３は軸流圧縮機を対象としているけれども、これに限
定されるものではなく遠心圧縮機を対象にしてもよい。
また本実施の形態では、圧縮機３の効率比ηｒの移動平
均値ηｒｍを指標値として用いているけれども、これに
限定されるものではなく、平均化処理を行わないで圧縮
機３の効率ηまたは効率比ηｒをそのまま指標値として
用いてもよい。これによって、圧縮機３のダストによる
汚染の進行が緩やかな場合でも汚染状況を迅速に検知す
ることができる。さらに移動平均値以外の平均値を指標
値として用いてもよく、圧縮機３の効率ηの移動平均値
を指標値として用いてもよい。また、１段目の静翼４の
み角変位可能に構成されているけれども、他の静翼４お
よび動翼５も角変位可能に構成してもよい。また、すべ
ての静翼４および動翼５を角変位することができない非
可変形に構成してもよい。この場合においても基準効率
ηｉを一定値とすれば本実施の形態を適用することが可
能である。

【００４３】図５は、本発明の実施の他の形態である運
転監視装置２７の電気的構成を示すブロック図であり、
図６は図５に示す運転監視装置２７を備えるガスタービ
ン発電設備２８の構成を簡略化して示す系統図である。
ガスタービン発電設備２８は、発電機２９と、発電機２
９を回転駆動して発電するガスタービン３０と、燃料ガ
スを圧縮してガスタービン３０の燃焼器３１に供給する
圧縮機３とを含む。ガスタービン３０は、空気圧縮機３
３と燃焼器３１とタービン３４とを含んで構成される。
圧縮機３と空気圧縮機３３とタービン３４とは、同軸に
連結され、同一回転速度で回転する。圧縮機３およびそ
の周辺の構成は、前記図２に示す実施の形態と類似して
いるので、対応する部分には同一の参照符号を付し、説
明を省略する。

【００４４】圧縮機３には、高炉３６からダストを多量
に含む燃料ガスが入口管路８を介して供給される。入口
管路８には、供給される燃料ガスの流量Ｆを検出する流
量検出器３７と、燃料ガスの発熱量を検出する発熱量検
出器３８とが設けられている。圧縮機３には、さらに洗
浄手段３９が設けられている。洗浄手段３９は、タンク
４０に貯留されている洗浄剤を洗浄ポンプ４１によって
供給管路４２を介してノズルヘッダ４３に供給し、ノズ
ル４４から圧縮機３に噴射して圧縮機３を洗浄する。発
電機２９によって発電された電力Ｗは、電力検出器４６
によって検出される。

【００４５】運転監視装置２７は、入口および出口温度
検出器１０，１３と、入口および出口圧力検出器１１，
１４と、流量検出器３７と、発熱量検出器３８と、電力
検出器４６と、燃焼ガスエネルギ演算器４８と、全損失
演算器４９と、効率演算器１９と、圧縮機損失演算器５
０と、ガスタービン損失演算器５１と、設定手段５３
と、制御手段５４とを含む。

【００４６】燃焼ガスエネルギ演算器４８は、流量検出
器３７および発熱量検出器３８の出力に応答し、燃焼ガ
スの流量Ｆおよび発熱量Ｈから燃焼ガスの保有するエネ
ルギＷ１を演算して、それを表す出力を導出する。燃焼
ガスのエネルギＷ１は次の式８によって表される。 Ｗ１ ＝ ｆ（Ｆ，Ｈ） …（８）

【００４７】全損失演算器４９は、電力検出器４６およ
び燃料ガスエネルギ演算器４８の出力に応答し、導入さ
れたエネルギを表す燃焼ガスのエネルギＷ１と得られた
エネルギを表す発電電力Ｗ２とから全エネルギ損失ＷＬ
を演算して、それを表す出力を導出する。全エネルギ損
失ＷＬは、次の式９によって表される。 ＷＬ ＝ Ｗ１−Ｗ２ …（９）

【００４８】効率演算器１９は、入口および出口温度検
出器１０，１３と、入口および出口圧力検出器１１，１
４との出力に応答し、図１に示す実施の形態と同様に圧
縮機３の効率ηを式１から演算して、それを表す出力を
導出する。圧縮機損失演算器５０は、効率演算器１９、
流量検出器３７および出口圧力検出器１４の出力に応答
し、圧縮機３の効率ηと、燃料ガスの流量Ｆと、圧縮機
３の出口におけるガスの圧力Ｐ２とから圧縮機３の損失
ＷＣを演算して、それを表す出力を導出する。圧縮機３
の損失ＷＣは次の式１０によって表される。 ＷＣ ＝ ｆ（η，Ｆ，Ｐ２） …（10）

【００４９】ガスタービン損失演算器５１は、全損失演
算器４９および圧縮機損失演算器５０の出力に応答し、
全エネルギ損失ＷＬと、圧縮機３の損失ＷＣとからガス
タービン３０の損失ＷＧを演算して、それを表す出力を
導出する。ガスタービン３０の損失ＷＧは、次の式１１
によって表される。 ＷＧ ＝ ＷＬ−ＷＣ …（11）

【００５０】設定手段５３は、ガスタービン３０の損失
の許容値ＷＧＯと、圧縮機の損失の許容値ＷＣＯとを設
定し、それを表す出力を導出する。制御手段５４は、圧
縮機損失演算器５０、ガスタービン損失演算器５１およ
び設定手段５３の出力に応答し、圧縮機３の損失ＷＣと
許容値ＷＣＯとを対比するとともに、ガスタービン３０
の損失ＷＧと許容値ＷＧＯとを対比し、ＷＣ≧ＷＣＯの
ときには圧縮機３を洗浄すべきことを表す出力を導出し
て洗浄ポンプ４１を駆動し、ＷＧ≧ＷＧＯのときにはガ
スタービン３０の損失ＷＧが過大であることを表す出力
を導出して、警報器５５を駆動する。前記燃料ガスエネ
ルギ演算器４８、全損失演算器４９、効率演算器１９、
圧縮機損失演算器５０、ガスタービン損失演算器５１お
よび制御手段５４は、マイクロコンピュータなどによっ
て実現される処理回路５６を構成する。

【００５１】図７は、図５に示す運転監視装置２７の処
理回路５６の動作を説明するためのフローチャートであ
る。ステップｓ１では、検出データである圧縮機３の入
口における燃焼ガスの圧力Ｐ１および温度Ｔ１と、圧縮
機３の出口における燃焼ガスの圧力Ｐ２および温度Ｔ２
と、発電電力Ｗ２と、燃焼ガスの流量Ｆと、燃焼ガスの
発熱量Ｈとがデータ入力される。このステップｓ１の処
理に先立って、図３のステップａ１〜ステップａ３と同
様に圧縮機３の運転判断および回転速度判断を行っても
よい。

【００５２】ステップｓ２では、燃料ガスのエネルギＷ
１が式８に基づいて演算され、ステップｓ３では、全エ
ネルギ損失ＷＬが式９に基づいて演算され、ステップｓ
４では、圧縮機３の効率ηが式１に基づいて図３のステ
ップａ５と同様に演算される。さらにステップｓ５で
は、圧縮機３の損失ＷＣが式１０に基づいて演算され、
ステップｓ６では、ガスタービン３０の損失ＷＧが式１
１に基づいて演算される。

【００５３】ステップｓ７では、前記求めた圧縮機の損
失ＷＣが許容値ＷＣＯ以上であるか否かが判断され、こ
の判断が肯定であれば、ステップｓ８に進む。ステップ
ｓ８では、圧縮機３の損失ＷＣが過大であることを表す
出力、すなわち圧縮機３がダストによって汚染されてい
るので圧縮機３を洗浄すべきことを表す出力が導出され
る。この出力が導出されると、洗浄手段３９の洗浄ポン
プ４１が駆動されて圧縮機３の洗浄が行われる。ステッ
プｓ７の判断が否定であれば、ステップｓ９に進む。ス
テップｓ９では、ガスタービン３０の損失ＷＧが許容値
ＷＧＯ以上であるか否かが判断され、この判断が肯定で
あれば、ステップｓ１０に進む。ステップｓ１０では、
ガスタービン３０の損失ＷＧが過大であることを示す出
力、すなわちガスタービン３０がダストによって汚染さ
れているので警報を発令すべきことを表す出力が導出さ
れる。これによって、運転監視の１サイクルの処理が終
了する。ステップｓ１〜ｓ１０の一連の処理は繰返して
行われる。

【００５４】このように、本実施の形態では、圧縮機３
およびガスタービン３０の運転監視を個別に行うことが
できるので、圧縮機３がダストによって汚染されている
のか、ガスタービン３０がダストによって汚染されてい
るのかを確実に判断することができる。したがって、監
視結果に基づいて的確な対策を講ずることができる。ま
た圧縮機３がダストによって汚染されていると判断され
たときには、洗浄手段３９の洗浄ポンプ４１が駆動され
て圧縮機３の洗浄が行われるので、適切なタイミングで
圧縮機３を洗浄することができ、ダスト付着による不具
合、たとえば圧縮機３の破損の発生を未然に防止するこ
とができる。また本実施の形態では、洗浄手段３９が設
けられているけれども、洗浄手段３９を設けないで、圧
縮機３がダストによって汚染されていると判断されると
き、それを表す警報が発令されるように構成してもよ
い。

【００５５】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の本発明によ
れば、圧縮機のダストによる汚染を効率または効率に関
連する値を指標値として確実に検出することができる。

【００５６】また請求項２記載の本発明によれば、少な
くとも圧縮機の出口におけるガスの温度および圧力から
圧縮機の効率ηが演算されるので、圧縮機の消費動力を
検出することができなくても、圧縮機の効率ηを求める
ことができる。これによって圧縮機の設置環境にかかわ
らず、確実に圧縮機の効率を求めることができるので監
視装置の適用範囲を拡大することができる。

【００５７】また請求項３記載の本発明によれば、効率
ηと基準効率ηｉとの効率比ηｒが演算されるので、効
率比ηｒの経時的な変化によってダスト付着状況を監視
することができ、効率ηの経時的な変化によってダスト
付着状況を監視するよりも明瞭にダストによる汚染の程
度を検出することができる。

【００５８】また請求項４記載の本発明によれば、効率
比ηｒの演算値が平均化処理されるので、効率比ηｒの
一時的な異常変動による影響を除去することができる。

【００５９】また請求項５記載の本発明によれば、効率
比ηｒの平均化処理は移動平均化処理によって行われる
ので、効率比ηｒの平均値を適正に把握することができ
る。また効率比ηｒの移動平均値ηｒｍが予め定める値
以下になった状態が予め定める移動平均の演算回数継続
したか否かが判断されるので、移動平均値ηｒｍの一時
的な異常変動による影響を除去することができる。

【００６０】また請求項６記載の本発明によれば、圧縮
機およびガスタービンの損失がそれぞれ求められ、予め
定めるそれぞれの許容値と比較されるので、圧縮機がダ
ストによって汚染されているのか、あるいはガスタービ
ンがダストによって汚染されているのかを確実に判断す
ることができる。

【００６１】また請求項７記載の本発明によれば、圧縮
機の損失ＷＣが過大であるとき洗浄手段によって圧縮機
が洗浄されるので、適切なタイミングで圧縮機を洗浄す
ることができ、ダスト付着による不具合の発生を未然に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である運転監視装置１の
電気的構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す運転監視装置１を備える圧縮機３の
構成を簡略化して示す系統図である。

【図３】図１に示す運転監視装置１の処理回路２５の動
作を説明するためのフローチャートである。

【図４】効率比ηｒの移動平均値ηｒｍの経時的な変化
と、警報器２４の作動状況を示すグラフである。

【図５】本発明の実施の他の形態である運転監視装置２
７の電気的構成を示すブロック図である。

【図６】図５に示す運転監視装置２７を備えるガスター
ビン発電設備２８の構成を簡略化して示す系統図であ
る。

【図７】図５に示す運転監視装置２７の処理回路５６の
動作を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１，２７ 運転監視装置 ３ 圧縮機 ４ 静翼 ５ 動翼 ６ 角度調整手段 １０ 入口温度検出器 １１ 入口圧力検出器 １３ 出口温度検出器 １４ 出口圧力検出器 １５ 角度検出器 １６ 回転速度検出器 １７ 効率検出手段 １８ 弁別手段 １９ 効率演算器 ２０，５３ 設定手段 ２１ 効率比演算器 ２３ 平均値演算器 ２４，５５ 警報器 ２５，５６ 処理回路 ２８ ガスタービン発電設備 ２９ 発電機 ３０ ガスタービン ３１ 燃焼器 ３７ 流量検出器 ３８ 発熱量検出器 ３９ 洗浄手段 ４１ 洗浄ポンプ ４６ 電力検出器 ４８ 燃料ガスエネルギ演算器 ４９ 全損失演算器 ５０ 圧縮機損失演算器 ５１ ガスタービン損失演算器 ５４ 制御手段

フロントページの続き (72)発明者 清水 元 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 Ｆターム(参考） 3H045 CA02 CA03 CA09 CA19 CA29 EA38 EA50

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダストを含むガスを圧縮する圧縮機の運
   転監視装置において、圧縮機の効率または効率に関連す
   る値を検出する効率検出手段と、 効率検出手段の出力に応答し、検出された効率または効
   率に関連する値が予め定める値以下になったことを弁別
   し、効率または効率に関連する値が低下したことを表す
   出力を導出する弁別手段とを含むことを特徴とする圧縮
   機の運転監視装置。
2. 【請求項２】 効率検出手段は、 圧縮機の入口と出口とのうち、少なくとも出口のガスの
   温度を検出する温度検出器と、 圧縮機の入口と出口とのうち、少なくとも出口のガスの
   圧力を検出する圧力検出器と、 温度および圧力検出器の出力に応答し、少なくとも圧縮
   機の出口におけるガスの温度および圧力から圧縮機の効
   率ηを演算する効率演算器とを含むことを特徴とする請
   求項１記載の圧縮機の運転監視装置。
3. 【請求項３】 圧縮機は、１組の静翼と動翼とを１また
   は複数段有する軸流圧縮機であって、少なくとも１段目
   の静翼は翼の角度を角変位可能に構成されており、 翼の角度を検出する角度検出器と、 角度検出器の出力に応答し、検出角度に対応する圧縮機
   のダストが付着していない正常な状態における基準効率
   ηｉを設定する設定手段とを含み、 効率検出手段は、 設定手段の出力に応答し、前記求めた効率ηと基準効率
   ηｉとの効率比ηｒ（＝η／ηｉ）を演算する効率比演
   算器をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の圧縮
   機の運転監視装置。
4. 【請求項４】 効率比演算器の出力に応答し、効率比η
   ｒの演算値を平均化処理する平均値演算器をさらに含む
   ことを特徴とする請求項３記載の圧縮機の運転監視装
   置。
5. 【請求項５】 効率比演算器は、予め定める演算周期で
   効率比ηｒを演算し、平均値演算器は、効率比演算器の
   出力に応答し、効率比ηｒが新たに演算される毎に新し
   いデータから順番に予め定めるデータ数を保つように効
   率比ηｒの演算値をサンプリングし、サンプリングした
   効率比ηｒの演算値を平均化処理して移動平均値ηｒｍ
   を演算し、 弁別手段は平均値演算器の出力に応答し、効率比ηｒの
   移動平均値ηｒｍが予め定める値以下になった状態に予
   め定める演算回数以上継続したことを弁別し、効率比η
   ｒの移動平均値ηｒｍが低下したことを表す出力を導出
   することを特徴とする請求項４記載の圧縮機の運転監視
   装置。
6. 【請求項６】 発電機を回転駆動して発電するガスター
   ビンと、燃料ガスを圧縮してガスタービンの燃焼器に供
   給する圧縮機とを備えるガスタービン発電設備の運転監
   視装置において、 燃料ガスの流量を検出する流量検出器と、 燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定器と、 燃料ガスの流量および発熱量から燃料ガスのエネルギＷ
   １を求める燃料ガスエネルギ演算器と、 発電機によって発電された電力Ｗ２を検出する電力検出
   器と、 燃料ガスエネルギ演算器および電力検出器の出力に応答
   し、燃料ガスのエネルギＷ１および発電された電力Ｗ２
   からガスタービン発電設備の全エネルギ損失ＷＬ（＝Ｗ
   １−Ｗ２）を演算する全損失演算器と、 圧縮機の入口と出口とのうち、少なくとも出口のガスの
   温度を検出する温度検出器と、 圧縮機の入口と出口とのうち、少なくとも出口のガスの
   圧力を検出する圧力検出器と、 温度および圧力検出器の出力に応答し、少なくとも圧縮
   機の出口におけるガスの温度および圧力から圧縮機の効
   率ηを演算する効率演算器と、 効率演算器の出力に応答し、圧縮機の損失ＷＣを演算す
   る圧縮機損失演算器と、 全エネルギ損失演算器および圧縮機損失演算器の出力に
   応答し、全エネルギ損失ＷＬおよび圧縮機の損失ＷＣか
   らガスタービンの損失ＷＧ（＝ＷＬ−ＷＣ）を演算する
   ガスタービン損失演算器と、 圧縮機損失演算器およびガスタービン損失演算器の出力
   に応答し、圧縮機の損失ＷＣが予め定める値ＷＣＯ以上
   のとき、圧縮機の損失ＷＣが過大であることを表す出力
   を導出し、ガスタービンの損失ＷＧが予め定める値ＷＧ
   Ｏ以上のとき、ガスタービンの損失ＷＧが過大であるこ
   とを表す出力を導出する制御手段とを含むことを特徴と
   するガスタービン発電設備の運転監視装置。
7. 【請求項７】 ガスタービン発電設備の圧縮機には、圧
   縮機を洗浄する洗浄手段が設けられており、制御手段は
   圧縮機の損失ＷＣが予め定める値ＷＣＯ以上のとき、圧
   縮機を洗浄すべきことを表す出力を導出することを特徴
   とする請求項６記載のガスタービン発電設備の運転監視
   装置。