JP2010156310A

JP2010156310A - Gas turbine engine system

Info

Publication number: JP2010156310A
Application number: JP2009000211A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Fukuda; 大喜福田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-01-05
Publication date: 2010-07-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine engine system that improves the durability or the reliability of the engine in Engine Hot state, and can improve the starting performance in Engine Cold state. <P>SOLUTION: When an exhaust temperature T6 reaches a high value in Engine Hot state, the target temperature T4t of the turbine inlet temperature is set lower by detecting the exhaust temperature T6 immediately before the start of the engine as a representative value which indicates the engine is in Engine Hot state, and providing control to correct the flowing quantity of the fuel. Therefore, because fuel flowing quantity Gf_st at the start will decrease for Engine Cold state, the temperature elevation in the combustor 12 is controlled to prevent the overtemperature in Engine Hot state. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの運転制御を行うガスタービンエンジンシステムに関する。 The present invention relates to a gas turbine engine system that performs operation control of a gas turbine engine.

従来、ガスタービンエンジンシステムとして、エンジン始動時の燃料制御を行うものが知られている（例えば、特許文献１）。また、ガスタービンエンジンの始動燃料をエンジン回転数、もしくは圧縮器の出口圧力に対してスケジュール制御して運転する技術が知られていた。 2. Description of the Related Art Conventionally, a gas turbine engine system that performs fuel control when starting an engine is known (for example, Patent Document 1). In addition, there has been known a technique of operating the gas turbine engine starting fuel with schedule control with respect to the engine speed or the outlet pressure of the compressor.

特表２００５−５１３３１９号Special table 2005-513319

しかしながら、エンジン始動時の始動燃料を単にスケジュール制御したのみでは、エンジン停止直後の再スタート時や夏場のような外気が暑い状態（エンジンＨｏｔ状態）では、エンジンの着火及び始動時に燃焼温度が許容値をオーバーして過温度となることによって、エンジンの耐久性及び信頼性に影響が及ぼされる可能性があった。これは、エンジンＨｏｔ状態では、エンジンの燃焼状態が良くなり、また、圧縮器で過給した空気がエンジン内で熱を奪うことによって燃焼器へ流入する空気温度が上昇することによって、同一燃空比でも燃焼後の温度が上昇して燃焼器の出口温度（すなわちタービン入口温度）が上昇するためである。 However, if the starting fuel at the time of starting the engine is simply scheduled, the combustion temperature is allowed at the time of ignition and starting of the engine when the engine is restarted immediately after the engine is stopped or when the outside air is hot (engine hot state). Overheating of the engine and overheating may affect the durability and reliability of the engine. This is because, in the engine hot state, the combustion state of the engine is improved, and the temperature of the air flowing into the combustor rises due to the air supercharged by the compressor depriving heat in the engine. This is because the temperature after combustion rises and the outlet temperature of the combustor (that is, the turbine inlet temperature) also rises.

一方、エンジンＨｏｔ状態で過温度状態とならないような燃焼スケジュールを設定すると、エンジンＣｏｌｄ時における燃焼温度が低くなってしまい、エンジンの始動性能が悪化する等の問題が発生する。 On the other hand, if a combustion schedule that does not cause an overtemperature state in the engine hot state is set, the combustion temperature at the time of the engine cold is lowered, and problems such as deterioration of the engine start performance occur.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、エンジンＨｏｔ状態におけるエンジンの耐久性や信頼性を向上させると共に、エンジンＣｏｌｄ状態においては始動性能を向上させることができるガスタービンエンジンシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and improves the durability and reliability of the engine in the engine hot state, and can improve the starting performance in the engine cold state. An object is to provide an engine system.

本発明に係るガスタービンエンジンシステムは、圧縮器、燃焼器、及びタービンを有するガスタービンエンジンと、燃焼器に燃料を供給する燃料供給手段と、燃料供給部で供給する燃料を調整する制御手段と、タービンの出口流路に設けられ、排気温度を検出する排気温度検出手段と、ガスタービンエンジンの状態量を検出する状態量検出手段と、を備え、制御手段は、状態量に基づいて空気流量を演算すると共に、排気温度及び空気流量に基づいて燃料流量を設定することを特徴とする。 A gas turbine engine system according to the present invention includes a gas turbine engine having a compressor, a combustor, and a turbine, fuel supply means for supplying fuel to the combustor, and control means for adjusting fuel supplied by the fuel supply unit. And an exhaust temperature detecting means for detecting an exhaust temperature and a state quantity detecting means for detecting a state quantity of the gas turbine engine, the control means providing an air flow rate based on the state quantity. And the fuel flow rate is set based on the exhaust gas temperature and the air flow rate.

このようなガスタービンエンジンシステムによれば、エンジンＨｏｔ状態にあることをエンジン始動直前のタービン出口温度、すなわち排気温度に基づいて検出し、燃料流量を補正するような制御を行うことができる。従って、エンジンＨｏｔ状態においてタービン出口温度が高い値になるとタービン入口温度の目標値を低く設定することができる。この場合、燃料流量はエンジンＣｏｌｄ状態に対して減少することになるので、燃焼器での温度上昇が抑制され、エンジンＨｏｔ状態における過温度を防止することができる。よって、エンジンＨｏｔ状態におけるエンジンの耐久性や信頼性を向上させることができ、エンジンＣｏｌｄ状態においては燃料を増量することが可能となるため、始動時の始動性能を向上させることができる。 According to such a gas turbine engine system, it is possible to detect that the engine is in the hot state based on the turbine outlet temperature immediately before the engine start, that is, the exhaust gas temperature, and perform control to correct the fuel flow rate. Accordingly, when the turbine outlet temperature becomes high in the engine hot state, the target value of the turbine inlet temperature can be set low. In this case, since the fuel flow rate decreases with respect to the engine cold state, the temperature rise in the combustor is suppressed, and overtemperature in the engine hot state can be prevented. Therefore, the durability and reliability of the engine in the engine hot state can be improved, and the amount of fuel can be increased in the engine cold state, so that the starting performance at the time of starting can be improved.

エンジンＨｏｔ状態におけるエンジンの耐久性や信頼性を向上させると共に、エンジンＣｏｌｄ状態においては始動性能を向上させることができる。 In addition to improving the durability and reliability of the engine in the engine hot state, the starting performance can be improved in the engine cold state.

本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンシステムのブロック構成を示した図である。It is a figure showing the block composition of the gas turbine engine system concerning the embodiment of the present invention. 本発明の本実施形態に係るガスタービンエンジンシステムの制御器における制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing in the controller of the gas turbine engine system which concerns on this embodiment of this invention. 始動燃料流量Ｇｆ＿ｓｔとエンジン回転数Ｎとの関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between the starting fuel flow volume Gf_st and the engine speed N. 図２に示す空気流量算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the air flow rate calculation process shown in FIG. タービン流量特性を示す線図である。It is a diagram which shows a turbine flow rate characteristic. 従来のガスタービンエンジンシステムにおける始動特性を示す線図である。It is a diagram which shows the starting characteristic in the conventional gas turbine engine system. 本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンシステムにおける始動特性を示す線図である。It is a diagram which shows the starting characteristic in the gas turbine engine system which concerns on embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明に係るガスタービンエンジンシステムの好適な実施形態について詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a gas turbine engine system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１のブロック構成を示した図である。図１に示すように、ガスタービンエンジンシステム１は、ガスタービンエンジン２と、ガスタービンエンジン２に燃料を供給するための燃料供給部（燃料供給手段）３と、ガスタービンエンジン２に供給される燃料を制御する制御器（制御手段）４と、ガスタービンエンジン２の状態量を検出する状態量検出センサ（状態量検出手段）６と、ガスタービンエンジン２の排気流路の排気温度を検出する排気温度センサ（排気温度検出手段）７とを備えて構成されている。 FIG. 1 is a diagram showing a block configuration of a gas turbine engine system 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a gas turbine engine system 1 is supplied to a gas turbine engine 2, a fuel supply unit (fuel supply means) 3 for supplying fuel to the gas turbine engine 2, and the gas turbine engine 2. A controller (control means) 4 that controls the fuel, a state quantity detection sensor (state quantity detection means) 6 that detects a state quantity of the gas turbine engine 2, and an exhaust temperature of the exhaust passage of the gas turbine engine 2 are detected. An exhaust temperature sensor (exhaust temperature detection means) 7 is provided.

ガスタービンエンジン２は、吸入した空気を圧縮する圧縮器１１と、燃料供給部３から供給された燃料と圧縮器１１で圧縮された空気を混合させて燃焼させる燃焼器１２と、燃焼器１２からの燃焼ガスによって回転するタービン１３とを備えて構成されている。タービン１３に供給された燃焼ガスは、排気流路１４から排気される。 The gas turbine engine 2 includes a compressor 11 that compresses sucked air, a combustor 12 that mixes the fuel supplied from the fuel supply unit 3 and the air compressed by the compressor 11 and burns, and the combustor 12. And a turbine 13 that is rotated by the combustion gas. The combustion gas supplied to the turbine 13 is exhausted from the exhaust passage 14.

燃料供給部３は、燃料が貯留された燃料タンク２１と、燃料タンク２１と配管を介して接続されると共に燃料タンク２１から燃料をくみ上げる燃料ポンプ２２と、燃料ポンプ２２と配管を介して接続されると共に供給する燃料量を調節することのできる燃料アクチュエータ２３と、燃料アクチュエータ２３と配管を介して接続されると共にガスタービンエンジン２の燃焼器１２へ燃料を供給する燃料ノズル２４とを備えて構成されている。 The fuel supply unit 3 is connected via a fuel tank 21 in which fuel is stored, a fuel tank 21 and a fuel pump 22 that pumps fuel from the fuel tank 21, and a fuel pump 22 and a pipe. And a fuel actuator 23 that can adjust the amount of fuel to be supplied and a fuel nozzle 24 that is connected to the fuel actuator 23 via a pipe and supplies fuel to the combustor 12 of the gas turbine engine 2. Has been.

状態量検出センサ６は、ガスタービンエンジン２に取り付けられており、ガスタービンエンジン２の各状態量を検出することのできるセンサによって構成されている。状態量検出センサ６は、具体的には、エンジン回転数Ｎ、燃焼器１２の入口空気温度Ｔ３、及び圧縮器１１の入口圧力Ｐ０と出口圧力Ｐ３を検出し、状態量信号として制御器４に出力する機能を有している。また、排気温度センサ７は、ガスタービンエンジン２の排気流路１４に設けられており、検出した排気温度Ｔ６を温度信号として制御器４に出力する機能を有している。 The state quantity detection sensor 6 is attached to the gas turbine engine 2 and is configured by a sensor that can detect each state quantity of the gas turbine engine 2. Specifically, the state quantity detection sensor 6 detects the engine speed N, the inlet air temperature T3 of the combustor 12, and the inlet pressure P0 and outlet pressure P3 of the compressor 11, and sends them to the controller 4 as state quantity signals. It has a function to output. The exhaust temperature sensor 7 is provided in the exhaust passage 14 of the gas turbine engine 2 and has a function of outputting the detected exhaust temperature T6 to the controller 4 as a temperature signal.

制御器４は、燃料アクチュエータ２３と電気的に接続されており、燃料アクチュエータ２３を制御することによって、ガスタービンエンジン２に供給される燃料量を調節する機能を有している。制御器４は、状態量検出センサ６からエンジン回転数Ｎ、燃焼器１２の入口空気温度Ｔ３、圧縮器１１の入口圧力Ｐ０及び出口圧力Ｐ３の状態量信号、及び排気温度センサ７から排気温度Ｔ６を受信すると共に、エンジンの起動信号である制御信号ＳＴを受信する。 The controller 4 is electrically connected to the fuel actuator 23 and has a function of adjusting the amount of fuel supplied to the gas turbine engine 2 by controlling the fuel actuator 23. The controller 4 receives the engine speed N from the state quantity detection sensor 6, the inlet air temperature T3 of the combustor 12, the state quantity signals of the inlet pressure P0 and the outlet pressure P3 of the compressor 11, and the exhaust temperature sensor 6 from the exhaust temperature sensor 7. And a control signal ST that is an engine start signal.

次に、図２を参照して、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１の動作について説明する。図２は、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１の制御器４における制御処理を示すフローチャートである。 Next, the operation of the gas turbine engine system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing a control process in the controller 4 of the gas turbine engine system 1 according to the present embodiment.

図２に示すように、まず、制御信号ＳＴ、排気温度Ｔ６、入口空気温度Ｔ３が入力される（ステップＳ１０）。次に、制御信号ＳＴがＨｉｇｈかＬｏｗかを判定する（ステップＳ２０）制御信号ＳＴがＨｉｇｈであればエンジンが起動運転状態になったと判定され次のステップへ移行する。一方、制御信号ＳＴがＬｏｗであればエンジン停止と判定し処理を停止するために始動燃料流量Ｇｆ＿ｓｔを０に設定し（ステップＳ６０）、制御信号ＳＴの状態を保存して（ステップＳ７０）図２の処理を終了し、再びステップ１０へ戻る。 As shown in FIG. 2, first, a control signal ST, an exhaust temperature T6, and an inlet air temperature T3 are input (step S10). Next, it is determined whether the control signal ST is High or Low (Step S20). If the control signal ST is High, it is determined that the engine is in the start operation state, and the process proceeds to the next step. On the other hand, if the control signal ST is Low, it is determined that the engine is stopped and the starting fuel flow rate Gf_st is set to 0 in order to stop the process (Step S60), and the state of the control signal ST is saved (Step S70). This process is terminated, and the process returns to step 10 again.

Ｓ２０において制御信号ＳＴがＨｉｇｈであった場合は、次のステップにてエンジンの暖気状態が判断される。なお、通常の内燃機関の始動においては、スタータを用いてエンジンを初期回転数まで引き上げ、その後、燃料を供給して燃焼させてエンジンを自立運転させるようになっている。ガスタービンエンジン２においても同様であり、エンジンの始動時にはスタータを用い、エンジン回転数を規定回転数まで引き上げる構成となっている。Ｓ２０において制御信号ＳＴがＨｉｇｈであると判定されると、１サイクル前の制御信号ＳＴの処理状態ＳＴ^−１を判定する（ステップＳ３０）。ここで、処理状態ＳＴ^−１がＬｏｗであれば制御信号ＳＴが始めてＨｉｇｈになったと判定して、この時点の排気温度Ｔ６をその後の処理に用いるためにＴ６ｒｅｆとして保存する（ステップＳ４０）。一方、処理状態ＳＴ^−１がＨｉｇｈであると判定されるとＳ４０の処理は省略される。 If the control signal ST is High in S20, the warm-up state of the engine is determined in the next step. In starting an ordinary internal combustion engine, a starter is used to pull up the engine to an initial rotational speed, and then fuel is supplied and burned to allow the engine to operate independently. The same applies to the gas turbine engine 2, and the engine speed is increased to a specified speed by using a starter when starting the engine. If it is determined in S20 that the control signal ST is High, the processing state ST- ¹ of the control signal ST one cycle before is determined (Step S30). Here, if the processing state ST ⁻¹ is Low, it is determined that the control signal ST has become High for the first time, and the exhaust temperature T6 at this time is stored as T6ref for use in subsequent processing (Step S40). On the other hand, if it is determined that the processing state ST- ¹ is High, the process of S40 is omitted.

次に、エンジン回転数Ｎの判定を行う。まず、エンジン回転数ＮがＮ１以下か否かの判定を行う（ステップＳ５０）。Ｓ５０において、エンジン回転数ＮがＮ１以下であると判定されると、着火に必要な空気が燃焼器１２内に十分に流れていないと判定し、始動燃料流量Ｇｆ＿ｓｔを０に設定し（ステップＳ６０）、制御信号ＳＴの状態を保存して（ステップＳ７０）図２の処理を終了し、再びステップ１０へ戻る。一方、Ｓ５０において、エンジン回転数ＮがＮ１より大きいと判定されると、エンジン回転数ＮがＮ２以下であるか否かの判定を行う（ステップＳ８０）。ここで、エンジン回転数ＮがＮ１とＮ２の間の領域にあると判定されると、始動燃料流量Ｇｆ＿ｓｔをＡに設定し（ステップＳ９０）、制御信号ＳＴの状態を保存して（ステップＳ７０）図２の処理を終了し、再びステップ１０へ戻る。なお、始動燃料流量の設定値Ａは、燃焼器１２の着火特性に基づき予め決定されるものであり、燃焼器特性から決まる値である。 Next, the engine speed N is determined. First, it is determined whether or not the engine speed N is N1 or less (step S50). If it is determined in S50 that the engine speed N is N1 or less, it is determined that the air necessary for ignition does not sufficiently flow into the combustor 12, and the starting fuel flow rate Gf_st is set to 0 (step S60). ), The state of the control signal ST is saved (step S70), the process of FIG. 2 is terminated, and the process returns to step 10. On the other hand, if it is determined in S50 that the engine speed N is greater than N1, it is determined whether or not the engine speed N is N2 or less (step S80). Here, if it is determined that the engine speed N is in the region between N1 and N2, the starting fuel flow rate Gf_st is set to A (step S90), and the state of the control signal ST is saved (step S70). The process of FIG. 2 is terminated, and the process returns to step 10 again. The starting fuel flow set value A is determined in advance based on the ignition characteristics of the combustor 12, and is a value determined from the combustor characteristics.

Ｓ８０において、エンジン回転数ＮがＮ２より大きいと判定されると、始動時の燃料制御を行うためにタービン１３の入口の目標温度Ｔ４ｔが設定される（ステップＳ１００）。ここでは、予め設定したＴ４ｓから前述の始動前のＴ６ｒｅｆを差し引くことによって、目標温度Ｔ４ｔが設定される。ここで、Ｔ４ｓは、始動時におけるタービン入口の許容最高温度である。目標温度Ｔ４ｔが設定されると、始動時における燃焼器１２へ流入する空気流量Ｇａが算出される（ステップＳ１１０）。空気流量Ｇａは、圧縮器１１の特性、あるいはタービン１３の特性から算出される。Ｓ１１０の詳細な処理については後述する。 If it is determined in S80 that the engine speed N is greater than N2, a target temperature T4t at the inlet of the turbine 13 is set in order to perform fuel control at start-up (step S100). Here, the target temperature T4t is set by subtracting the above-mentioned T6ref before starting from the preset T4s. Here, T4s is the allowable maximum temperature of the turbine inlet at the start. When the target temperature T4t is set, the air flow rate Ga flowing into the combustor 12 at the start is calculated (step S110). The air flow rate Ga is calculated from the characteristics of the compressor 11 or the characteristics of the turbine 13. Detailed processing of S110 will be described later.

次に、最終的な始動燃料流量Ｇｆ＿ｓｔを算出する（ステップＳ１２０）。ここで、タービン入口温度Ｔ４は、燃焼器１２へ流入する入口空気温度Ｔ３と燃焼器１２での燃焼による温度上昇分の和と考えることができる。従って、入口空気温度Ｔ３をセンサで検出し、空気流量Ｇａは前処理で算出されており、更にタービン入口温度の目標温度Ｔ４ｔが前処理で設定されているため、始動燃料流量Ｇｆ＿ｓｔは目標温度Ｔ４ｔ、空気流量Ｇａ、入口空気温度Ｔ３の関数として算出することができる。始動燃料流量Ｇｆ＿ｓｔが算出されると、制御信号ＳＴの状態を保存して（ステップＳ７０）図２の処理を終了し、再びステップ１０へ戻る。このようにして始動燃料流量Ｇｆ＿ｓｔを決定した場合、始動燃料流量Ｇｆ＿ｓｔとエンジン回転数Ｎの関係は、図３に示すようになる。 Next, a final starting fuel flow rate Gf_st is calculated (step S120). Here, the turbine inlet temperature T4 can be considered as the sum of the inlet air temperature T3 flowing into the combustor 12 and the temperature rise due to combustion in the combustor 12. Therefore, since the inlet air temperature T3 is detected by the sensor, the air flow rate Ga is calculated in the preprocessing, and the target temperature T4t of the turbine inlet temperature is set in the preprocessing, the starting fuel flow rate Gf_st is set to the target temperature T4t. , And can be calculated as a function of the air flow rate Ga and the inlet air temperature T3. When the starting fuel flow rate Gf_st is calculated, the state of the control signal ST is saved (step S70), the process of FIG. 2 is terminated, and the process returns to step 10. When the starting fuel flow rate Gf_st is thus determined, the relationship between the starting fuel flow rate Gf_st and the engine speed N is as shown in FIG.

次に、図４を参照して、空気流量Ｇａの算出方法について詳細に説明する。図４は、図２に示す空気流量算出処理を示すフローチャートである。図４に示すように、空気流量算出処理では、ガスタービンエンジン２内の圧縮器１１の入口圧力Ｐ０と出口圧力Ｐ３が入力される（ステップＳ１１１）。次に、タービン膨張比Ｐ４／Ｐ６を算出する（ステップＳ１１２）。ここで、タービン入口圧力Ｐ４と圧縮器１１の出口圧力Ｐ３は燃焼器１２での圧損分だけ変化が生じることになるが、その差は僅かであり、更にタービン１３の出口圧力Ｐ６と圧縮器１１の入口圧力Ｐ０（すなわち大気圧力）は排気圧損分の差があるが、その差は僅かである。従って、タービン膨張比Ｐ４／Ｐ６≒圧縮比Ｐ３／Ｐ０として算出する。 Next, a method for calculating the air flow rate Ga will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the air flow rate calculation process shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the air flow rate calculation process, the inlet pressure P0 and the outlet pressure P3 of the compressor 11 in the gas turbine engine 2 are input (step S111). Next, the turbine expansion ratio P4 / P6 is calculated (step S112). Here, the turbine inlet pressure P4 and the outlet pressure P3 of the compressor 11 are changed by the pressure loss in the combustor 12, but the difference is slight, and the outlet pressure P6 of the turbine 13 and the compressor 11 are small. There is a difference in exhaust pressure loss in the inlet pressure P0 (that is, atmospheric pressure), but the difference is slight. Accordingly, the turbine expansion ratio is calculated as P4 / P6≈compression ratio P3 / P0.

次に、タービン流量特性Ｑ４を算出する（ステップＳ１１３）。タービン流量特性は、Ｑ４≡Ｇ４／√Ｔ４／Ｐ４の式で定義されるものであり、タービン膨張比Ｐ４／Ｐ６に対して図５に示す特性として与えられる。よって、タービン流量特性Ｑ４は、上述のタービン膨張比Ｐ４／Ｐ６の関数として算出する。 Next, the turbine flow rate characteristic Q4 is calculated (step S113). The turbine flow rate characteristic is defined by an expression of Q4≡G4 / √T4 / P4, and is given as a characteristic shown in FIG. 5 with respect to the turbine expansion ratio P4 / P6. Therefore, the turbine flow rate characteristic Q4 is calculated as a function of the above-described turbine expansion ratio P4 / P6.

タービン流量特性Ｑ４を算出すると、タービン入口圧力Ｐ４を設定する（ステップＳ１１４）。上述のように、タービン入口圧力Ｐ４は、圧縮器１１の出口圧力Ｐ３より燃焼器１２の圧力損失分低下するため、Ｐ４＝Ｐ３（１−０．０５）として扱う。次に、タービンガス流量Ｇ４を算出する（ステップＳ１１５）。Ｓ１１３における算出式のうち、タービン流量特性Ｑ４とタービン入口圧力Ｐ４は既知であるため、始動時におけるタービン入口温度Ｔ４の目標値をＴ４ｓと仮定し、そのときのタービンガス流量Ｇ４をＧ４＝ｆ（Ｑ４，Ｔ４ｓ，Ｐ４）として算出する。 When the turbine flow rate characteristic Q4 is calculated, the turbine inlet pressure P4 is set (step S114). As described above, since the turbine inlet pressure P4 is lower than the outlet pressure P3 of the compressor 11 by the pressure loss of the combustor 12, it is handled as P4 = P3 (1-0.05). Next, the turbine gas flow rate G4 is calculated (step S115). Of the calculation formulas in S113, the turbine flow rate characteristic Q4 and the turbine inlet pressure P4 are known, and therefore the target value of the turbine inlet temperature T4 at the time of start is assumed to be T4s, and the turbine gas flow rate G4 at that time is set to G4 = f ( Q4, T4s, P4).

次に、空気流量Ｇａを算出する（ステップＳ１１６）。タービン流量特性Ｑ４は、空気流量Ｇａと燃焼器１２に供給する燃料流量Ｇｆの和と考えられるため、タービンガス流量Ｇ４から燃料流量Ｇｆを差し引くことによって、燃焼器１２へ流入する空気流量Ｇａを算出する。 Next, the air flow rate Ga is calculated (step S116). Since the turbine flow rate characteristic Q4 is considered to be the sum of the air flow rate Ga and the fuel flow rate Gf supplied to the combustor 12, the air flow rate Ga flowing into the combustor 12 is calculated by subtracting the fuel flow rate Gf from the turbine gas flow rate G4. To do.

なお、Ｓ１１４では、Ｐ４をＰ３の関数として扱っているが、Ｐ４を直接検出して用いてもよい。また、図４の処理ではタービン１３の特性を利用して空気流量Ｇａを算出しているが、圧縮器１１の特性を利用して空気流量Ｇａを算出してもよい。 In S114, P4 is treated as a function of P3, but P4 may be directly detected and used. In the process of FIG. 4, the air flow rate Ga is calculated using the characteristics of the turbine 13, but the air flow rate Ga may be calculated using the characteristics of the compressor 11.

次に、図６及び図７を参照して本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１の効果について説明する。図６は、従来のガスタービンエンジンシステムにおける始動特性を示す線図であり、図７は、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１における始動特性を示す線図である。図６及び図７においては、エンジンＣｏｌｄ状態の始動特性を実線で示し、エンジンＨｏｔ状態の始動特性を破線で示している。なお、従来のガスタービンエンジンシステムでは、エンジンＣｏｌｄ状態でもエンジンＨｏｔ状態でも同一の燃料スケジュールで制御を行っている。 Next, effects of the gas turbine engine system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a diagram showing start characteristics in a conventional gas turbine engine system, and FIG. 7 is a diagram showing start characteristics in the gas turbine engine system 1 according to the present embodiment. 6 and 7, the start characteristic in the engine cold state is indicated by a solid line, and the start characteristic in the engine hot state is indicated by a broken line. In the conventional gas turbine engine system, control is performed with the same fuel schedule in both the engine cold state and the engine hot state.

図６に示すように、従来のガスタービンエンジンシステムにあっては、エンジンの過温度を知るための代表値である排気温度Ｔ６を鑑みるに、エンジンＨｏｔ状態では排気温度Ｔ６が上昇してしまい、場合によってはエンジンが破損する可能性もある。 As shown in FIG. 6, in the conventional gas turbine engine system, in view of the exhaust temperature T6, which is a representative value for knowing the engine overtemperature, the exhaust temperature T6 increases in the engine hot state. In some cases, the engine may be damaged.

一方、本実施形態に係るガスタービンエンジンシステム１においては、エンジンＨｏｔ状態にあることをエンジン始動直前の排気温度Ｔ６を代表値として検出し、燃料流量を補正するような制御を行っているため、エンジンＨｏｔ状態において排気温度Ｔ６が高い値になるとタービン入口温度の目標温度Ｔ４ｔが低く設定される。従って、始動燃料流量Ｇｆ＿ｓｔはエンジンＣｏｌｄ状態に対して減少することになるので、燃焼器１２での温度上昇が抑制され、エンジンＨｏｔ状態における過温度を防止することができる。よって、エンジンＨｏｔ状態におけるエンジンの耐久性や信頼性を向上させることができ、エンジンＣｏｌｄ状態においては燃料を増量することが可能となるため、始動時の加速性能を向上させることができる。 On the other hand, in the gas turbine engine system 1 according to the present embodiment, since the exhaust gas temperature T6 immediately before starting the engine is detected as a representative value to detect that the engine is in the hot state, control is performed to correct the fuel flow rate. When the exhaust gas temperature T6 becomes a high value in the engine hot state, the target temperature T4t of the turbine inlet temperature is set low. Therefore, since the starting fuel flow rate Gf_st decreases with respect to the engine cold state, the temperature rise in the combustor 12 is suppressed, and overtemperature in the engine hot state can be prevented. Therefore, the durability and reliability of the engine in the engine hot state can be improved, and the amount of fuel can be increased in the engine cold state, so that the acceleration performance at the start can be improved.

なお、本実施形態では、エンジン回転数のＮ１からＮ２の間の領域は燃焼器１２での着火性を重視した設計となっており、本発明による補正は、エンジン回転数がＮ２以上の領域で行うこととしている。この場合、エンジンＨｏｔ状態に温度が上昇することとなるが、実際の運転では極短時間のため、エンジンへの支障はほとんどない。しかしながら、燃焼器１２での着火性に問題がなければＮ１からＮ２の領域でも本発明の制御を行うことができ、この場合はエンジンの耐久性及び信頼性は更に向上する。 In the present embodiment, the region between the engine speed N1 and N2 is designed with an emphasis on ignitability in the combustor 12, and the correction according to the present invention is performed in the region where the engine speed is N2 or more. To do. In this case, the temperature rises to the engine hot state, but since it is an extremely short time in actual operation, there is almost no trouble to the engine. However, if there is no problem in the ignitability in the combustor 12, the control of the present invention can be performed in the region from N1 to N2, and in this case, the durability and reliability of the engine are further improved.

１…ガスタービンエンジンシステム、２…ガスタービンエンジン、３…燃料供給部（燃料供給手段）、４…制御部（制御手段）、６…状態量検出センサ（状態量検出手段）、７…排気温度センサ（排気温度検出手段）、１１…圧縮機、１２…燃焼器、１３…タービン。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas turbine engine system, 2 ... Gas turbine engine, 3 ... Fuel supply part (fuel supply means), 4 ... Control part (control means), 6 ... State quantity detection sensor (state quantity detection means), 7 ... Exhaust temperature Sensor (exhaust temperature detection means), 11 ... compressor, 12 ... combustor, 13 ... turbine.

Claims

A gas turbine engine having a compressor, a combustor, and a turbine;
Fuel supply means for supplying fuel to the combustor;
Control means for adjusting the fuel supplied by the fuel supply unit;
An exhaust temperature detecting means provided at an outlet flow path of the turbine for detecting an exhaust temperature;
State quantity detection means for detecting a state quantity of the gas turbine engine,
The control means calculates an air flow rate based on the state quantity, and sets a fuel flow rate based on the exhaust temperature and the air flow rate.