JP2002138857A - ガスタービンエンジンの加減速制御装置 - Google Patents
ガスタービンエンジンの加減速制御装置Info
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- JP2002138857A JP2002138857A JP2000334617A JP2000334617A JP2002138857A JP 2002138857 A JP2002138857 A JP 2002138857A JP 2000334617 A JP2000334617 A JP 2000334617A JP 2000334617 A JP2000334617 A JP 2000334617A JP 2002138857 A JP2002138857 A JP 2002138857A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンエンジンの加減速制御装置を、
負荷の増大に伴う加速度制御時に、エンジン温度を許容
限度の近傍まで上昇させて制御の応答性を向上させ得る
ように構成する。 【解決手段】 制御部１２で、タービン３の入口部分１
６の温度の目標値Ｔ comが、目標温度設定ブロック２４
にて所定の上限値を越えない範囲内で設定されると共
に、定常温度計算ブロック２６及び過渡温度計算ブロッ
ク２７にて過渡状態にある現在のタービン入口温度Ｔ
traが推定され、この推定値Ｔtraと目標値Ｔcomとの差
ΔＴに基づいて、エンジン温度の目標値Ｔcomに対応し
て燃料計算ブロック２５にて求めた燃料流量Ｑｆaを補
正する。
負荷の増大に伴う加速度制御時に、エンジン温度を許容
限度の近傍まで上昇させて制御の応答性を向上させ得る
ように構成する。 【解決手段】 制御部１２で、タービン３の入口部分１
６の温度の目標値Ｔ comが、目標温度設定ブロック２４
にて所定の上限値を越えない範囲内で設定されると共
に、定常温度計算ブロック２６及び過渡温度計算ブロッ
ク２７にて過渡状態にある現在のタービン入口温度Ｔ
traが推定され、この推定値Ｔtraと目標値Ｔcomとの差
ΔＴに基づいて、エンジン温度の目標値Ｔcomに対応し
て燃料計算ブロック２５にて求めた燃料流量Ｑｆaを補
正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジンの制御装置に関し、特に負荷の変動に伴って所要の
回転数に移行させるために燃料流量を制御するガスター
ビンエンジンの加減速制御装置に関するものである。
ジンの制御装置に関し、特に負荷の変動に伴って所要の
回転数に移行させるために燃料流量を制御するガスター
ビンエンジンの加減速制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】発電機などに用いられるガスタービンエ
ンジンにおいては、効率の良い運転を行うために負荷の
変動に伴って回転数を変化させる必要があるが、この回
転数の調整は燃料流量を増減して行うことになり、この
種の加減速制御において負荷変動に対する応答性を高め
るために種々の制御装置が提案されている（特開平５−
１８２７２号公報参照）。
ンジンにおいては、効率の良い運転を行うために負荷の
変動に伴って回転数を変化させる必要があるが、この回
転数の調整は燃料流量を増減して行うことになり、この
種の加減速制御において負荷変動に対する応答性を高め
るために種々の制御装置が提案されている（特開平５−
１８２７２号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなガスタービ
ンエンジンの加減速制御装置では、特に回転数を上げる
加速時にエンジンを保護する観点から燃料増大に伴うエ
ンジン温度の上昇を制限する必要があり、具体的にはタ
ービン入口温度を所定の上限値以下に抑える必要があ
る。しかしながらタービン入口温度は非常に高温であ
り、また温度分布などの問題から直接測定することが困
難なため、燃料流量や燃焼器入口温度に基づいて推定
し、この推定値が上限値を越えないように負荷量に応じ
て燃料流量を定めるとタービン入口温度の上昇を適切に
制限することができる。
ンエンジンの加減速制御装置では、特に回転数を上げる
加速時にエンジンを保護する観点から燃料増大に伴うエ
ンジン温度の上昇を制限する必要があり、具体的にはタ
ービン入口温度を所定の上限値以下に抑える必要があ
る。しかしながらタービン入口温度は非常に高温であ
り、また温度分布などの問題から直接測定することが困
難なため、燃料流量や燃焼器入口温度に基づいて推定
し、この推定値が上限値を越えないように負荷量に応じ
て燃料流量を定めるとタービン入口温度の上昇を適切に
制限することができる。
【０００４】ところが、前記の加減速制御手法では、タ
ービン入口温度が実際には上限値を大きく下回った状態
で加速し、結果的に燃料流量を必要以上に低く抑えた制
御が行われることがある。これは、燃料の一部が燃焼器
等のヒートマスの昇温に費やされるために生じるもので
あり、加速時間を長くして負荷の変動に対する応答性を
低下させる要因となり、場合によっては加速ができずに
逆に減速してしまい、運転不能に陥ることにもなる。
ービン入口温度が実際には上限値を大きく下回った状態
で加速し、結果的に燃料流量を必要以上に低く抑えた制
御が行われることがある。これは、燃料の一部が燃焼器
等のヒートマスの昇温に費やされるために生じるもので
あり、加速時間を長くして負荷の変動に対する応答性を
低下させる要因となり、場合によっては加速ができずに
逆に減速してしまい、運転不能に陥ることにもなる。
【０００５】本発明は、このような従来技術の問題点を
解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、
負荷の増大に伴う加速度制御時に、エンジン温度を許容
限度の近傍まで上昇させて制御の応答性を向上させ得る
ように構成されたガスタービンエンジンの加減速制御装
置を提供することにある。
解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、
負荷の増大に伴う加速度制御時に、エンジン温度を許容
限度の近傍まで上昇させて制御の応答性を向上させ得る
ように構成されたガスタービンエンジンの加減速制御装
置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的を果たす
ために、本発明においては、エンジン負荷量の変動に伴
って所要の回転数に移行させるために燃料流量を制御す
る燃料流量制御手段（１２）を有するガスタービンエン
ジンの加減速制御装置において、燃料流量制御手段は、
所定の上限値を越えないようにエンジン温度（例えばタ
ービン入口温度）の目標値を設定すると共に、この目標
値に向けて変化する過渡状態にある現在のエンジン温度
を推定し、このエンジン温度の推定値と目標値との差に
基づいて、エンジン温度の目標値に対応して求められた
燃料流量を補正するものとした。
ために、本発明においては、エンジン負荷量の変動に伴
って所要の回転数に移行させるために燃料流量を制御す
る燃料流量制御手段（１２）を有するガスタービンエン
ジンの加減速制御装置において、燃料流量制御手段は、
所定の上限値を越えないようにエンジン温度（例えばタ
ービン入口温度）の目標値を設定すると共に、この目標
値に向けて変化する過渡状態にある現在のエンジン温度
を推定し、このエンジン温度の推定値と目標値との差に
基づいて、エンジン温度の目標値に対応して求められた
燃料流量を補正するものとした。
【０００７】これによると、加速時に燃焼器などのヒー
トマスの昇温に費やされる燃料に相当する分が上乗せさ
れるため、エンジン温度は上限値を越えることなくその
近傍まで上昇し、これにより回転加速度を増大して加速
度制御の応答性を向上させることができる。
トマスの昇温に費やされる燃料に相当する分が上乗せさ
れるため、エンジン温度は上限値を越えることなくその
近傍まで上昇し、これにより回転加速度を増大して加速
度制御の応答性を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に添付の図面を参照して本発
明の構成を詳細に説明する。
明の構成を詳細に説明する。
【０００９】図１は、本発明が適用されたガスタービン
エンジンの制御装置を示している。ここでは、ガスター
ビンエンジン１のコンプレッサ２及びタービン３と発電
機４とを連結する回転軸５の回転数Ｎが回転数検出部６
で検出され、燃焼器７へ供給される空気の入口温度Ｔｂ
inが燃焼器入口温度検出部８で検出され、エンジンの負
荷量Ｌがインバータユニット９の負荷量検出部１０で検
出され、これら回転数Ｎ、燃焼器入口温度Ｔｂin、及び
負荷量Ｌをもとにして制御部（燃料流量制御手段）１２
にて適切な燃料流量が求められ、この燃料流量に基づい
て燃料流量調整弁１３が操作されるようになっている。
なお、燃焼用空気はフィルタ１４を経てコンプレッサ２
に導入された後、熱交換器１５にて排気との熱交換によ
り昇温された上で燃焼器７に導かれる。
エンジンの制御装置を示している。ここでは、ガスター
ビンエンジン１のコンプレッサ２及びタービン３と発電
機４とを連結する回転軸５の回転数Ｎが回転数検出部６
で検出され、燃焼器７へ供給される空気の入口温度Ｔｂ
inが燃焼器入口温度検出部８で検出され、エンジンの負
荷量Ｌがインバータユニット９の負荷量検出部１０で検
出され、これら回転数Ｎ、燃焼器入口温度Ｔｂin、及び
負荷量Ｌをもとにして制御部（燃料流量制御手段）１２
にて適切な燃料流量が求められ、この燃料流量に基づい
て燃料流量調整弁１３が操作されるようになっている。
なお、燃焼用空気はフィルタ１４を経てコンプレッサ２
に導入された後、熱交換器１５にて排気との熱交換によ
り昇温された上で燃焼器７に導かれる。
【００１０】制御部（燃料流量制御手段）１２では、負
荷量が増大するのに伴い、負荷相当の出力と高い回転数
とが得られる運転状態に移行させるために、定常制御モ
ードから加速制御モードに切り替える制御が行われ、具
体的には、定常制御部１７において求められた定常制御
モードでの燃料流量Ｑｆc、並びに加速制御部１８にお
いて求められた加速制御モードでの燃料流量Ｑｆa’の
うちから制御モード切替ブロック１９において適切な燃
料流量が選択され、この燃料流量に基づいて燃料流量制
御部２０にて燃料流量調整弁１３が操作される。
荷量が増大するのに伴い、負荷相当の出力と高い回転数
とが得られる運転状態に移行させるために、定常制御モ
ードから加速制御モードに切り替える制御が行われ、具
体的には、定常制御部１７において求められた定常制御
モードでの燃料流量Ｑｆc、並びに加速制御部１８にお
いて求められた加速制御モードでの燃料流量Ｑｆa’の
うちから制御モード切替ブロック１９において適切な燃
料流量が選択され、この燃料流量に基づいて燃料流量制
御部２０にて燃料流量調整弁１３が操作される。
【００１１】定常制御部１７では、まず目標回転数計算
ブロック２２において、負荷量検出部１０により検出さ
れた負荷量Ｌに対して最も効率の良い目標回転数Ｎcom
が設定される。通常、負荷量Ｌが増大すれば目標回転数
Ｎcomも増加する。さらに回転数制御部２３において、
目標回転数計算ブロック２２で求めた目標回転数Ｎco m
と、回転数検出部６で検出された回転数Ｎの値を一致さ
せるための燃料流量Ｑｆcが算出され、制御モード切替
ブロック１９に送られる。
ブロック２２において、負荷量検出部１０により検出さ
れた負荷量Ｌに対して最も効率の良い目標回転数Ｎcom
が設定される。通常、負荷量Ｌが増大すれば目標回転数
Ｎcomも増加する。さらに回転数制御部２３において、
目標回転数計算ブロック２２で求めた目標回転数Ｎco m
と、回転数検出部６で検出された回転数Ｎの値を一致さ
せるための燃料流量Ｑｆcが算出され、制御モード切替
ブロック１９に送られる。
【００１２】加速制御部１８では、まずタービン３の入
口部分１６の温度（エンジン温度）の目標値Ｔcomが、
目標温度設定ブロック２４にて所定の上限値を越えない
ように設定されると共に、定常温度計算ブロック２６及
び過渡温度計算ブロック２７にて過渡状態にある現在の
タービン入口温度Ｔtraが推定され、この推定値Ｔtraと
目標値Ｔcomとの差ΔＴに基づいて、エンジン温度の目
標値Ｔcomに対応して燃料計算ブロック２５にて求めた
燃料流量Ｑｆaを補正するようになっている。
口部分１６の温度（エンジン温度）の目標値Ｔcomが、
目標温度設定ブロック２４にて所定の上限値を越えない
ように設定されると共に、定常温度計算ブロック２６及
び過渡温度計算ブロック２７にて過渡状態にある現在の
タービン入口温度Ｔtraが推定され、この推定値Ｔtraと
目標値Ｔcomとの差ΔＴに基づいて、エンジン温度の目
標値Ｔcomに対応して燃料計算ブロック２５にて求めた
燃料流量Ｑｆaを補正するようになっている。
【００１３】燃料計算ブロック２５では、目標温度設定
ブロック２４で設定されたタービン入口温度の目標値Ｔ
comと、燃焼器入口温度検出部８で検出した燃焼器入口
温度Ｔｂinと、回転数検出部６で検出した回転数Ｎから
求められる空気流量Ｇとをもとにして、次式により燃料
流量Ｑｆaを算出する。 Ｑｆa＝（Ｔcom−Ｔｂin）・Ｇ／Ｋ ここでは温度が燃料に換算されており、係数Ｋは比重、
燃焼効率、低位発熱量及びガス比熱により定まるもので
ある。
ブロック２４で設定されたタービン入口温度の目標値Ｔ
comと、燃焼器入口温度検出部８で検出した燃焼器入口
温度Ｔｂinと、回転数検出部６で検出した回転数Ｎから
求められる空気流量Ｇとをもとにして、次式により燃料
流量Ｑｆaを算出する。 Ｑｆa＝（Ｔcom−Ｔｂin）・Ｇ／Ｋ ここでは温度が燃料に換算されており、係数Ｋは比重、
燃焼効率、低位発熱量及びガス比熱により定まるもので
ある。
【００１４】定常温度計算ブロック２６では、燃料流量
調整弁１３への指令値Ｑｆ、回転数検出部６で検出され
た回転数Ｎから求められる空気流量Ｇ、及び燃焼器入口
温度検出部８で検出された燃焼器入口温度Ｔｂinをもと
に、この条件で定常状態に達したときのタービン入口温
度Ｔsteをリアルタイムで算出する。定常状態のタービ
ン入口温度Ｔsteは次式により得ることができる。 Ｔste＝Ｔｂin＋Ｋ・Ｑｆ／Ｇ ここでは燃料の熱量が温度に換算されており、係数Ｋは
比重、燃焼効率、低位発熱量、ガス比熱により定まるも
のである。
調整弁１３への指令値Ｑｆ、回転数検出部６で検出され
た回転数Ｎから求められる空気流量Ｇ、及び燃焼器入口
温度検出部８で検出された燃焼器入口温度Ｔｂinをもと
に、この条件で定常状態に達したときのタービン入口温
度Ｔsteをリアルタイムで算出する。定常状態のタービ
ン入口温度Ｔsteは次式により得ることができる。 Ｔste＝Ｔｂin＋Ｋ・Ｑｆ／Ｇ ここでは燃料の熱量が温度に換算されており、係数Ｋは
比重、燃焼効率、低位発熱量、ガス比熱により定まるも
のである。
【００１５】過渡温度計算ブロック２７では、図２に示
すように、タービン入口温度の目標値Ｔcomに向けて上
昇途中にある現時点のタービン入口温度Ｔtraをリアル
タイムで推定し、具体的には定常温度計算ブロック２６
で得た定常状態のタービン入口温度Ｔsteと、直前に求
めたタービン入口温度の推定値Ｔtraをもとにして過渡
応答を一次遅れで近似することにより現時点のタービン
入口温度Ｔtraを求める。
すように、タービン入口温度の目標値Ｔcomに向けて上
昇途中にある現時点のタービン入口温度Ｔtraをリアル
タイムで推定し、具体的には定常温度計算ブロック２６
で得た定常状態のタービン入口温度Ｔsteと、直前に求
めたタービン入口温度の推定値Ｔtraをもとにして過渡
応答を一次遅れで近似することにより現時点のタービン
入口温度Ｔtraを求める。
【００１６】加算点２８では、目標温度設定ブロック２
４で設定されたタービン入口温度の目標値Ｔcomと、過
渡温度計算ブロック２７で得た推定値Ｔtraとの差ΔＴ
が求められる。この温度差ΔＴは燃焼器７などのヒート
マスの昇温に費やされる量に相当する。
４で設定されたタービン入口温度の目標値Ｔcomと、過
渡温度計算ブロック２７で得た推定値Ｔtraとの差ΔＴ
が求められる。この温度差ΔＴは燃焼器７などのヒート
マスの昇温に費やされる量に相当する。
【００１７】燃料換算ブロック２９では、加算点２８で
求めた温度差ΔＴから燃料流量の補正値ΔＱｆが求めら
れる。ここでは温度が燃料に換算されており、この燃料
換算は、実験やシミュレーションに基づき予め設定され
たΔＴｓとΔＱｆとの相関マップを用いて行えば良い。
求めた温度差ΔＴから燃料流量の補正値ΔＱｆが求めら
れる。ここでは温度が燃料に換算されており、この燃料
換算は、実験やシミュレーションに基づき予め設定され
たΔＴｓとΔＱｆとの相関マップを用いて行えば良い。
【００１８】加算点３０では、燃料計算ブロック２５で
得られた燃料流量Ｑｆaに、燃料換算ブロックで得た補
正値ΔＱｆを加えて燃料流量Ｑｆa’を算出し、この補
正された燃料流量Ｑｆa’が制御モード切替ブロック１
９に送られる。
得られた燃料流量Ｑｆaに、燃料換算ブロックで得た補
正値ΔＱｆを加えて燃料流量Ｑｆa’を算出し、この補
正された燃料流量Ｑｆa’が制御モード切替ブロック１
９に送られる。
【００１９】
【実施例】本発明による実施例を図３に示す。ここで
は、負荷の増大に伴って回転数の目標値が高く設定され
た加速時の回転数の経時変化を示している。比較例は、
燃料計算ブロック２５にて得られた燃料流量Ｑｆaを補
正することなく用いて制御を行ったものである。実施例
は、比較例に比べて大きな加速度で回転数が上昇してお
り、本発明が加速度制御の応答性を格段に向上させるこ
とが明らかである。
は、負荷の増大に伴って回転数の目標値が高く設定され
た加速時の回転数の経時変化を示している。比較例は、
燃料計算ブロック２５にて得られた燃料流量Ｑｆaを補
正することなく用いて制御を行ったものである。実施例
は、比較例に比べて大きな加速度で回転数が上昇してお
り、本発明が加速度制御の応答性を格段に向上させるこ
とが明らかである。
【００２０】
【発明の効果】このように本発明によれば、負荷の増大
に伴って回転数を上げる加速度制御を行う場合に、燃焼
器などのヒートマスの昇温に費やされる燃料に相当する
分を上乗せしてエンジン温度を許容限度の近傍まで上昇
させた状態で加速させることができるため、エンジン温
度を許容範囲に制限しつつ制御の応答性を向上させる上
に多大な効果が得られる。
に伴って回転数を上げる加速度制御を行う場合に、燃焼
器などのヒートマスの昇温に費やされる燃料に相当する
分を上乗せしてエンジン温度を許容限度の近傍まで上昇
させた状態で加速させることができるため、エンジン温
度を許容範囲に制限しつつ制御の応答性を向上させる上
に多大な効果が得られる。
【図１】本発明が適用されたガスタービンエンジンの制
御装置を示すブロック図。
御装置を示すブロック図。
【図２】加速制御時のエンジン温度の変化状況を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図３】加速制御時の回転数の経時変化を示すグラフ。
１ ガスタービンエンジン ３ タービン ４ 発電機 ５ 回転軸 ６ 回転数検出部 ７ 燃焼器 ８ 燃焼器入口温度検出部 ９ インバータユニット １０ 負荷量検出部 １２ 制御部（燃料流量制御手段） １３ 燃料流量調整弁 １６ タービン入口部分
Claims (1)
- 【請求項１】 エンジン負荷量の変動に伴って所要の
回転数に移行させるために燃料流量を制御する燃料流量
制御手段を有するガスタービンエンジンの加減速制御装
置であって、 前記燃料流量制御手段は、所定の上限値を越えないよう
にエンジン温度の目標値を設定すると共に、該目標値に
向けて変化する過渡状態にある現在のエンジン温度を推
定し、該エンジン温度の推定値と前記目標値との差に基
づいて、前記エンジン温度の目標値に対応して求められ
た燃料流量を補正するものとしたことを特徴とするガス
タービンエンジンの加減速制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334617A JP2002138857A (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | ガスタービンエンジンの加減速制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334617A JP2002138857A (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | ガスタービンエンジンの加減速制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002138857A true JP2002138857A (ja) | 2002-05-17 |
Family
ID=18810498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000334617A Withdrawn JP2002138857A (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | ガスタービンエンジンの加減速制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002138857A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003044353A1 (en) * | 2001-11-15 | 2003-05-30 | Goodrich Pump & Engine Control Systems, Inc. | Method and apparatus for adaptive acceleration schedules in gas turbine engine control systems |
| EP1762715A2 (en) | 2005-09-08 | 2007-03-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Fuel-flow-rate control device and controlling method for a power generation system |
| JP2010276023A (ja) * | 2009-05-27 | 2010-12-09 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンの性能を補正するシステム及び方法 |
| CN104389685A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-03-04 | 西北工业大学 | 一种航空发动机自适应寿命延长控制系统的设计方法 |
| US10801361B2 (en) | 2016-09-09 | 2020-10-13 | General Electric Company | System and method for HPT disk over speed prevention |
| WO2023218930A1 (ja) * | 2022-05-09 | 2023-11-16 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン制御装置、ガスタービン制御方法、及びプログラム |
-
2000
- 2000-11-01 JP JP2000334617A patent/JP2002138857A/ja not_active Withdrawn
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061201 |
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