JP2021143644A - ガスタービンの着火検知方法及び着火検知装置、ガスタービンシステム、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】コスト増大を抑制しながらガスタービンの複数の燃焼器の着火状態を適切に検知可能なガスタービンの着火検知方法及び着火検知装置、ガスタービンシステム、並びにプログラムを提供する。【解決手段】ガスタービンの着火検知方法は、周方向に沿って配列される複数の燃焼器と、前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備えるガスタービンの着火検知方法であって、前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定するステップを備える。【選択図】 図１

Description

本開示は、ガスタービンの着火検知方法及び着火検知装置、ガスタービンシステム、並びにプログラムに関する。

ガスタービン燃焼器の着火検知をするために、ガスタービンにおける燃焼ガスの温度を用いることが知られている。

例えば、特許文献１には、ガスタービン燃焼器の点火時を基準とした排気温度の上昇量に基づいて、燃焼器の着火が確立したか否かを判断することが記載されている。

特開２００６−８３７３０号公報

ところで、複数の燃焼器を備えるガスタービンの場合、燃焼器への点火後、一部の燃焼器には着火したものの残りの燃焼器には着火していない部分未着火の状態が生じ得る。部分未着火の状態でガスタービンの運転をすると、未燃の燃料ガスが燃焼器から流出してバックファイア等が生じるおそれがある。このため、燃焼器の部分未着火を適切に検出することが望まれる。

この点、ガスタービンにおいて部分未着火となった場合であっても、燃料供給量等に応じて燃焼ガスの温度（排気温度等）は上昇し得るため、燃焼ガス温度の上昇量に基づく着火検知方法（例えば特許文献１の方法）では、部分未着火を検出することは難しい。また、複数の燃焼器の各々に火炎検知器を設けて各燃焼器の着火又は未着火を検知することで部分未着火を検出することはできるが、この場合、コスト上昇は避けられない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、コスト増大を抑制しながらガスタービンの複数の燃焼器の着火状態を適切に検知可能なガスタービンの着火検知方法及び着火検知装置、ガスタービンシステム、並びにプログラムを提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの着火検知方法は、
周方向に沿って配列される複数の燃焼器と、前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備えるガスタービンの着火検知方法であって、
前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定するステップ
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの着火検知装置は、
周方向に沿って配列される複数の燃焼器と、前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備えるガスタービン用の着火検知装置であって、
前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値との最小値との差分に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定するように構成された着火判定部
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンシステムは、
周方向に沿って配列される複数の燃焼器と、
前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
上述の着火検知装置と、
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るプログラムは、
周方向に沿って配列される複数の燃焼器と、前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備えるガスタービンの着火検知をするためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値との最小値との差分に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定する手順を実行させる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、コスト増大を抑制しながらガスタービンの複数の燃焼器の着火状態を適切に検知可能なガスタービンの着火検知方法及び着火検知装置、ガスタービンシステム、並びにプログラムが提供される。

一実施形態に係るガスタービンシステムの概略図である。 図１に示すガスタービンの燃焼器の概略的な断面図である。 ガスタービンの起動時における回転数の時間変化の一例を示す図である。 ガスタービンの起動時における燃焼器下流側の位置での燃焼ガス温度の時間変化の一例を示す図である。 燃焼器下流側の位置における複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値の差分（温度差分）の時間変化の一例を示す図である。 燃焼器の下流側の位置における複数の燃焼ガス温度の偏差（温度偏差）の時間変化の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（ガスタービンシステムの構成）
図１は、一実施形態に係るガスタービンシステムの概略図である。図１に示すように、ガスタービンシステム１００は、ガスタービン１と、ガスタービン１の着火状態を検知するための着火検知装置９０と、を備える。

ガスタービン１は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６には不図示の発電機が連結される。

圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。

燃焼器４は、燃焼器車室２０によって支持されている。燃焼器４には、圧縮機２からの圧縮空気が、燃焼器車室２０の内部空間を介して燃焼器４に供給されるとともに、燃料ポートから燃料が供給されるようになっている。燃焼器４では、燃料と圧縮空気が混合され、燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。図１に示すように、燃焼器車室２０内にロータ８を中心として周方向に沿って複数の燃焼器４が配置されている。

タービン６は、タービン車室２２内に形成される燃焼ガス流路２８を有し、該燃焼ガス流路２８に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含む。静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼２６はロータ８に植設されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ８の軸方向において交互に配列されている。なお、タービン６の複数の動翼２６は、複数の動翼２６のうち燃焼ガス流路２８において最も下流側に位置する最終段動翼２６Ａを含む。

タービン６では、燃焼ガス流路２８に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８が回転駆動され、これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガス（排気）は、排気室２９介して外部へ排出される。

排気室２９には、ロータ８を回転可能に支持するための軸受３０を支持するように構成された複数のストラット３２が設けられている。複数のストラット３２は、排気室２９のケーシングとロータの間を延びるように設けられている。複数のストラット３２は、径方向に沿って延在していてもよく、あるいは、径方向に傾斜した方向に沿って延在していてもよい。

図２は、図１に示すガスタービン１の燃焼器４の概略的な断面図である。図２に示すように、複数の燃焼器４は、周方向に沿って配列されている。なお、図２に示すガスタービン１は、８個の燃焼器４（４ａ〜４ｈ）を有するが、燃焼器４の個数はこれに限定されない。燃焼器４の各々は、火炎を伝播させるための伝播管３４を介して隣合う燃焼器４に連結されている。

燃焼器４には、該燃焼器４に供給される燃料と圧縮空気の混合物に点火するための点火栓３６が設けられている。点火栓３６は、スパークを発生させることで上述の混合物に点火するように構成されていてもよい。点火栓３６は、通常、複数の燃焼器４のうちの一部に設けられる。図２に示す例示的な実施形態では、燃焼器４ａ及び燃焼器４ｈの２つの燃焼器４に点火栓３６が設けられている。

ガスタービン１の起動時に、点火栓３６により燃焼器４への点火が行われる。点火栓３６が設けられた燃焼器４（燃焼器４ａ，４ｈ）では、点火栓３６での点火により燃料と圧縮空気の燃焼反応が起こり、火炎が形成されて燃焼器４が着火された状態となる。燃焼器４ａ，４ｈで形成された火炎は、伝播管３４を介して隣り合う燃焼器４に次々に伝播され、複数の燃焼器４が順次着火された状態となる。ただし、燃焼器４への点火後、火炎の伝播がうまくいかない等の何等かの理由で、複数の燃焼器４のうち１以上が着火されない未着火の状態となる場合がある。

着火検知装置９０は、複数の燃焼器４よりも燃焼ガス流れの下流側の位置にて、周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度に基づいて、複数の燃焼器４の着火又は未着火を判定するように構成される。複数の温度計測位置は、ガスタービン１の周方向において等間隔に設けられていてもよい。

燃焼ガス温度は、温度センサ４０（図１参照）を用いて計測されてもよい。すなわち、複数の燃焼器４よりも下流側の位置にて、周方向における複数位置の燃焼ガス温度をそれぞれ計測するための複数の温度センサ４０が設けられていてもよい。図１に示す例示的な実施形態では、温度センサ４０は、燃焼ガス流れの方向において、最終段動翼２６Ａよりも下流側かつストラット３２の上流側に設けられている。温度センサ４０は、ガスタービン１のケーシング（タービン６の車室２２又は排気室２９のケーシング等）に支持されていてもよい。また、温度センサ４０で取得された温度データ（温度を示す信号）が着火検知装置９０に送られて該着火検知装置９０で処理されるようになっていてもよい。

着火検知装置９０は、プロセッサ、メモリ（ＲＡＭ）、補助記憶部及びインターフェース等を含む計算機によって構成されていてもよい。着火検知装置９０による処理内容は、プロセッサにより実行されるプログラムとして実装され、補助記憶部に記憶されていてもよい。プログラム実行時には、これらのプログラムはメモリに展開される。プロセッサは、メモリからプログラムを読み出し、プログラムに含まれる命令を実行するようになっている。

図３は、ガスタービン１の起動時における回転数の時間変化の一例を示す図であり、図４は、ガスタービン１の起動時における燃焼器下流側の位置での燃焼ガス温度の時間変化の一例を示す図であり、具体的には、上述の複数の温度センサ４０のうち何れかで計測される複数の燃焼ガス温度の時間変化を示す図である。なお、図３及び図４の各時間軸（横軸）は共通である。

ガスタービン１の起動時、燃焼器４へ燃料及び圧縮空気を供給して点火栓３６により燃焼器４（４ａ〜４ｈ）への点火を行うと（図中の時刻ｔ_０）、点火栓３６が設けられた燃焼器４ａ，４ｈで火炎が形成され、その後、伝播管３４を介して隣り合う燃焼器４に次々に伝播され、複数の燃焼器４が順次着火される。図３及び図４に示すように、燃焼器４に点火した時刻ｔ_０以降、ガスタービン１の回転数及び燃焼ガス温度は徐々に上昇し、回転数はＮ_１に収束する。

回転数がＮ_１に収束した後の時刻ｔ_１から、燃焼器４への燃料供給量を増加させてガスタービン１の回転数を規定値まで増加させる。図示する例では、ガスタービン１の回転数が定格回転数Ｎ_{＿ｒａｔｅｄ}となる時刻ｔ２まで、回転数を上昇させている。この間、燃焼ガス温度はＴ_１からＴ_２に上昇している。時刻ｔ_２において規定回転数（図３では定格回転数Ｎ_{＿ｒａｔｅｄ}）となった後、この回転数を維持するように燃料が供給される。なお、時刻ｔ_２よりも後の時刻に、発電機がガスタービン１に接続されて負荷運転を開始するようになっていてもよい。

（着火検知方法）
以下、幾つかの実施形態に係る着火検知方法の一例として、上述のガスタービン１の着火検知方法について説明する。なお、幾つかの実施形態に係る着火検知方法は、例えば上述した着火検知装置９０によって実行することができる。

幾つかの実施形態では、複数の燃焼器４ａ〜４ｈよりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度（Ｔａ，Ｔｂ，…，Ｔｈ）のうち最大値（Ｔｍａｘ）と最小値（Ｔｍｉｎ）との差分（以下、温度差分ともいう）（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）に基づいて、複数の燃焼器４ａ〜４ｈの着火又は未着火を判定する。複数の燃焼ガス温度（Ｔａ，Ｔｂ，…，Ｔｈ）は、上述した複数の温度センサ４０によって取得されたものであってもよい。

ここで、図５は、燃焼器下流側の位置における複数の燃焼ガス温度（複数の温度センサ４０で計測される複数の燃焼ガス温度；以下、単に燃焼ガス温度ともいう）の最大値と最小値の差分の時間変化の一例を示す図である。図５における曲線１０２（実線）は、複数の燃焼器４ａ〜４ｈのうち、一部の燃焼器４（１以上の燃焼器４）において着火されなかった部分未着火の場合の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）を示し、曲線１０４（破線）は、複数の燃焼器４ａ〜４ｈの全てにおいて着火が成功した着火成功の場合の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）を示す。なお、図５における時間軸（横軸）は、図３及び図４の各時間軸（横軸）と共通である。以下、燃焼器４の下流側の位置での燃焼ガス温度を単に燃焼ガス温度ともいう。

時刻ｔ_０における燃焼器４への点火後、上述の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）の時間変化は、例えば、図５に示すものとなる。着火成功（曲線１０４）及び部分未着火（曲線１０２）のどちらの場合においても、時刻ｔ_０における燃焼器４への点火直後、火炎の伝播により複数の燃焼器４が順次着火されている段階（一部の燃焼器４は着火しているが、一部の燃焼器４には火炎がまだ到達していない状態）では、温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）は大きくなる。

その後、すべての燃焼器４に火炎が伝播して着火が成功した場合（曲線１０４参照）には、温度差分が減少し、ガスタービン回転数が収束する時点（時刻ｔ_１）で点火時点（時刻ｔ_０）と同程度になる。また、時刻ｔ_１以降、ガスタービン回転数を増加させても（すなわち燃料供給量を増加させても）、温度差分はあまり大きくならない。

一方、すべての燃焼器４に火炎が伝播したにもかかわらず部分未着火となった場合（曲線１０２参照）には、温度差分はあまり減少せず、ガスタービン回転数が収束する時点（時刻ｔ_１）となるまである程度大きい状態が続く。また、時刻ｔ_１以降、ガスタービン回転数の増かに伴い（すなわち燃料供給量の増加に伴い）、温度差分は徐々に大きくなる。

このように、周方向に沿って配列された複数の燃焼器４ａ〜４ｈのうち一部が着火し一部が着火していない部分未着火の状態では、燃焼器４ａ〜４ｈよりも下流側の位置において燃焼ガスの温度に周方向の分布が生じ、該位置における燃焼ガス温度の最大値と最小値の差が大きくなる傾向がある。この点、上述の実施形態に係る方法によれば、複数の燃焼器４ａ〜４ｈよりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度（Ｔａ〜Ｔｈ）のうち最大値（Ｔｍａｘ）と最小値（Ｔｍｉｎ）との温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）に基づいて、複数の燃焼器４ａ〜４ｈのうちいずれかが未着火であるか否か（すなわち部分未着火であるか否か）を、火炎検知器を用いなくても適切に判定することができる。よって、コスト増大を抑制しながら複数の燃焼器の着火状態を適切に検知することができる。

なお、上述の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）に基づいて、複数の燃焼器４ａ〜４ｈの着火又は未着火を判定した結果、複数の燃焼器４の何れかが未着火である（すなわち部分未着火である）と判定された場合には、ガスタービン１をトリップ（停止）させる操作を行うようにしてもよい。

幾つかの実施形態では、上述の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）と閾値との比較に基づいて、複数の燃焼器４の何れかが未着火であるか否かを判定するようにしてもよい。例えば、上述の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が第１閾値ＴＤ_ｔｈよりも大きいときに、複数の燃焼器４ａ〜４ｈのうちいずれかが未着火である（すなわち部分未着火の状態である）と判定するようにしてもよい。

上述したように、部分未着火の状態では、燃焼器４よりも下流側の位置において、燃焼ガス温度の最大値と最小値の差（温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ））が大きくなる傾向がある。上述の実施形態によれば、温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）と第１閾値ＴＤ_ｔｈとの比較に基づいて、複数の燃焼器４のうちいずれかが未着火であるか否か（即ち、部分未着火の状態であるか否か）を適切に判定することができる。

幾つかの実施形態では、複数の燃焼器４への点火時点（時刻ｔ_０）よりも後、且つ、複数の燃焼器４の着火又は未着火の判定開始条件を満たした時点で、上述の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）に基づく複数の燃焼器４の着火又は未着火の判定を開始するようにしてもよい。

上述したように、複数の燃焼器４を備えるガスタービンでは、通常、燃焼器４への点火時に、火炎の伝播により複数の燃焼器４が順々に着火されるため、燃焼器４への点火直後は、複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が比較的大きくなる。したがって、例えばこのような期間に燃焼器４の着火判定を行うと、未だ全ての燃焼器４への着火が完了していない段階で未着火判定をしてしまうことになり、誤検知となり得る。この点、上述の実施形態では、複数の燃焼器４への点火後、かつ、燃焼器４の着火判定開始条件を満たした時点で、燃焼器４の着火判定を開始するようにしたので、例えば、火炎の伝播により複数の燃焼器４の全てについて着火（火炎の伝播）が行われてから燃焼器４の着火判定をすることができる。これにより、複数の燃焼器４のうちいずれかが未着火であるか否か（着火に失敗したか否か）を適切に判定することができる。

上述の判定開始条件は、複数位置のそれぞれにおける複数の燃焼ガス温度（Ｔａ，Ｔｂ，…，Ｔｈ）の基準温度からの上昇量が第２閾値ΔＴ_ｔｈを超えた時点からの規定時間経過を含んでもよい。例えば、基準温度を点火時点（時刻ｔ_０）における燃焼ガス温度Ｔ_０として、周方向における複数位置のそれぞれにおける複数の燃焼ガス温度（Ｔａ，Ｔｂ，…，Ｔｈ）の基準温度Ｔ_０からの上昇量が第２閾値ΔＴ_ｔｈとなった時刻ｔ_Ａから規定時間Δｔ_ＡＢだけ経過した時刻ｔ_Ｂとなったときに（図４及び図５参照）、温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）に基づく複数の燃焼器４の着火又は未着火の判定を開始するようにしてもよい。なお、この場合、上述の時刻ｔ_Ａにおける燃焼ガス温度Ｔ_Ａとすると、ΔＴ_ｔｈ＝Ｔ_Ａ−Ｔ_０である。

このように、複数の燃焼ガス温度の基準温度（例えば上述の温度Ｔ_０）からの上昇量が第２閾値ΔＴ_ｔｈを超えた時点から、すなわち、複数の燃焼器４の少なくとも幾つかが着火しており複数の燃焼器４について一応着火されたであろうと推定することができる時点から、規定時間（例えば上述のΔｔ_ＡＢ）経過後に燃焼器４の着火判定を開始することにより、複数の燃焼器４のうちいずれかが未着火であるか否かを適切に判定することができる。

幾つかの実施形態では、複数の燃焼ガス温度（Ｔａ，Ｔｂ，…，Ｔｈ）の各々の基準温度（例えばＴ_０）からの上昇量が第２閾値（ΔＴ_ｔｈ）以上であり、かつ、上述の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）が第１閾値ＴＤ_ｔｈ以下であるときに、複数の燃焼器４ａ〜４ｈの全てが着火している（着火成功）と判定するようにしてもよい。

このように、複数の燃焼ガス温度（Ｔａ，Ｔｂ，…，Ｔｈ）の各々が第２閾値ΔＴ_ｔｈ以上であるとき、すなわち、複数の燃焼器４の少なくとも幾つかが着火しているときに、温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）を第１閾値ＴＤ_ｔｈと比較することで、複数の燃焼器４の全てが着火しているか否かを適切に判定することができる。

幾つかの実施形態では、複数の燃焼器４に点火した時刻ｔ_０の後、タービン６（ガスタービン１）が定格回転数Ｎ_{＿ｒａｔｅｄ}に到達する時刻ｔ_２より前の少なくとも一部の期間に、上述の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）に基づいて複数の燃焼器４の着火又は未着火を判定するようにしてもよい。

本発明者らの知見によれば、複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値の差分（温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ））は、タービン６が定格回転数Ｎ_{＿ｒａｔｅｄ}に到達する前の段階においても、後述する温度偏差等と比べて大きくなる傾向がある。この点、上述の実施形態によれば、タービン６が定格回転数Ｎ_{＿ｒａｔｅｄ}に到達する前の比較的速い段階であっても、複数の燃焼器４の着火又は未着火を適切に判定することができる。

なお、幾つかの実施形態では、タービン６（ガスタービン１）が定格回転数Ｎ_{＿ｒａｔｅｄ}に到達する時刻ｔ_２以後の期間に、上述の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）に基づいて複数の燃焼器４の着火又は未着火を判定してもよい。

幾つかの実施形態では、複数の燃焼器４に点火した時刻ｔ_０の後、タービン６の加速のための燃料流量増加を開始する時刻ｔ_１より前に、複数の燃焼器４の着火又は未着火を判定するようにしてもよい。

本発明者らの知見によれば、複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値の差分（温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ））は、タービン６の加速のための燃料流量増加開始前の段階においても、後述する温度偏差等と比べて大きくなる傾向がある。この点、上述の実施形態では、タービン６の加速のための燃料流量増加開始前の比較的速い段階であっても、複数の燃焼器４の着火又は未着火を適切に判定することができる。

燃焼ガス温度の最大値と最小値の差（温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ））と比較する第１閾値ＴＤ_ｔｈは、基準時刻からの経過時間に応じて可変であってもよい。第１閾値ＴＤ_ｔｈは、例えば複数の燃焼器４に点火した時点（時刻ｔ_０）からの経過時間に応じて可変であってもよい。

複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分（温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ））は、例えば図５に示すように、燃焼器４への点火以後、ガスタービン１の運転状態に応じて変化し得る。この点、上述のように、基準時刻（例えば複数の燃焼器４に点火した時点（時刻ｔ０））からの経過時間に応じて第１閾値ＴＤ_ｔｈを可変とすることにより、ガスタービン１の運転状態に応じて、複数の燃焼器４のうちいずれかが未着火であるか否かを適切に判定することができる。

燃焼ガス温度の最大値と最小値の差（温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ））と比較する第１閾値ＴＤ_ｔｈは、タービン６の回転数に応じて可変であってもよい。

複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分（温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ））は、例えば図３及び図５に示すように、タービン６の回転数に応じて変化し得る。例えば、タービン６の加速のための燃料流量増加を開始する時刻ｔ２以後は、タービン回転数の増加に伴い（すなわち燃料供給量増加に伴い）上述の温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）は大きくなる傾向がある。

この点、上述したように、タービン６の回転数に応じて第１閾値ＴＤ_ｔｈを可変とすることにより、ガスタービン１の運転状態に応じて、複数の燃焼器４のうち何れかが未着火であるか否かを適切に判定することができる。

また、第１閾値ＴＤ_ｔｈは、規定時刻以前は基準時刻からの経過時間に応じて可変であり、該規定時刻よりも後はタービン６の回転数に応じて可変であるように設定されてもよい。例えば、第１閾値ＴＤ_ｔｈは、タービン６の加速のための燃料流量増加を開始する時刻ｔ_１以前は、複数の燃焼器４に点火した時点（時刻ｔ_０）からの経過時間に応じて可変であるとともに、時刻ｔ_１よりも後はタービン６の回転数に応じて可変であってもよい。

このように、ガスタービン１の運転状態に応じて第１閾値ＴＤｔｈを適切に設定することで、複数の燃焼器４のうち何れかが未着火であるか否かを適切に判定することができる。

なお、図５に示す第１閾値ＴＤ_ｔｈ（鎖線で示す）は、タービン６の加速のための燃料流量増加を開始する時刻ｔ_１以前は、一定の値であり、時刻ｔ_１よりも後はタービン６の回転数に応じて可変となっている。

図６は、燃焼器４の下流側の位置における複数の燃焼ガス温度の偏差の時間変化の一例を示す図である。ここで、複数の燃焼ガス温度の偏差（以下、単に温度偏差ともいう。）とは、複数の燃焼ガス温度（Ｔａ，Ｔｂ，…Ｔｈ）と、該複数の燃焼ガス温度の平均値Ｔ_ａｖｇとの差（例えばＴａ−Ｔ_ａｖｇ）であり、複数の燃焼ガス温度（Ｔａ，Ｔｂ，…Ｔｈ）の各々について算出可能な値である。図６における曲線１１２（実線）は、部分未着火の場合の温度偏差を示し、曲線１１４（破線）は、複数の燃焼器４ａ〜４ｈの全てにおいて着火が成功した着火成功の場合の温度偏差を示す。なお、図６における時間軸（横軸）は、図３〜図５の各時間軸（横軸）と共通である。

幾つかの実施形態では、複数の燃焼器４に点火した時刻ｔ_１以後、かつ、タービン６の加速開始する時刻ｔ_２よりも前に、複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分（温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ））に基づいて複数の燃焼器４の着火又は未着火を判定するとともに、タービン６の加速開始した時刻ｔ_２以後に、複数の燃焼ガス温度の温度偏差に基づいて、複数の燃焼器４の着火又は未着火を判定するようにしてもよい。なお、上述したように、複数の燃焼ガス温度の各々について温度偏差を算出することができるが、タービン６の加速開始した時刻ｔ_２以後は、これらの温度偏差のうちの代表値（例えば平均値、最大値又は最小値等）に基づいて、複数の燃焼器４の着火又は未着火を判定するようにしてもよい。

本発明者らの知見によれば、タービン加速開始前（時刻ｔ_１よりも前）の段階では、上述の温度差分は比較的大きいが、上述の温度偏差はあまり大きくならない傾向がある。一方、タービンの加速開始後には、上述の温度差分及び上述の温度偏差は、それぞれ、タービン回転数の上昇に応じて大きくなる傾向がある。例えば、図５及び図６に示すように、タービン加速開始時刻ｔ_１より前の時刻ｔ_Ｂにおける温度差分ＴＤ（ｔ_Ｂ）は比較的大きく、同時刻（時刻ｔ_Ｂ）における温度偏差ＴＥ（ｔ_Ｂ）は比較的小さい。また、図６に示すように、タービン加速開始時刻ｔ_１以後、温度偏差は徐々に大きくなり、例えば時刻ｔｃにおける温度偏差ＴＥ（ｔ_Ｃ）は時刻ｔ_Ｂにおける温度偏差ＴＥ（ｔ_Ｂ）よりも大きい。

この点、上述の実施形態によれば、タービン６の加速開始前の段階では、燃焼ガス温度の最大値と燃焼最小値との差分（温度差分）に基づいて燃焼器４の着火判定を適切にすることができる。また、タービン６の加速開始後には、燃焼ガス温度の偏差に基づいて燃焼器の着火判定を適切にすることができる。

（着火検知プログラム）
幾つかの実施形態に係るプログラムは、上述したガスタービンの着火検知方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。すなわち、幾つかの実施形態に係るプログラムは、コンピュータ（例えば上述した着火検知装置９０）に、複数の燃焼器４よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度（Ｔａ，Ｔｂ，…，Ｔｈ）の最大値との最小値との差分（温度差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ））に基づいて、複数の燃焼器４の着火又は未着火を判定する手順を実行させる。

上述のプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたものであってもよい。すなわち、幾つかの実施形態に係る記録媒体は、上述のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。該記録媒体は、上述のプログラムのインストール、実行、プログラムの流通などのために用いられる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの着火検知方法は、
周方向に沿って配列される複数の燃焼器（４ａ〜４ｈ）と、前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン（６）と、を備えるガスタービン（１）の着火検知方法であって、
前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度（Ｔａ〜Ｔｈ）の最大値（Ｔｍａｘ）と最小値（Ｔｍｉｎ）との差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定するステップ
を備える。

周方向に沿って配列された複数の燃焼器のうち一部が着火し一部が着火していない部分未着火の状態では、燃焼器よりも下流側の位置において燃焼ガスの温度に周方向の分布が生じ、周方向の複数位置における燃焼ガス温度の最大値と最小値の差が大きくなる傾向がある。この点、上記（１）の方法によれば、複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分に基づいて、複数の燃焼器のうちいずれかが未着火であるか否か（すなわち部分未着火であるか否か）を、火炎検知器を用いなくても適切に判定することができる。よって、コスト増大を抑制しながら複数の燃焼器の着火状態を適切に検知することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記最大値と前記最小値との前記差分が第１閾値（ＴＤ_ｔｈ）よりも大きいときに、前記複数の燃焼器のいずれかが未着火であると判定する。

部分未着火の状態では、燃焼器よりも下流側の位置において、燃焼ガス温度の最大値と最小値の差が大きくなる傾向がある。上記（２）の方法によれば、複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分と第１閾値との比較に基づいて、複数の燃焼器のうちいずれかが未着火であるか否かを適切に判定することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の方法において、
前記複数の燃焼ガス温度の各々の基準温度からの上昇量が第２閾値（ΔＴ_ｔｈ）以上であり、かつ、前記差分が前記第１閾値以下であるときに、前記複数の燃焼器の全てが着火していると判定する。

上記（３）の構成によれば、複数の燃焼ガス温度の各々が第２閾値以上であるとき、すなわち、複数の燃焼器の少なくとも幾つかが着火しているときに、前記差分を第１閾値と比較することで、複数の燃焼器の全てが着火しているか否かを適切に判定することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の方法において、
前記第１閾値は、基準時刻からの経過時間に応じて可変である。

複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分は、燃焼器への点火以後、ガスタービンの運転状態に応じて変化し得る。上記（４）の方法によれば、基準時刻（例えば複数の燃焼器に点火した時点）からの経過時間に応じて第１閾値を可変としたので、ガスタービンの運転状態に応じて、複数の燃焼器のうちいずれかが未着火であるか否かを適切に判定することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（４）の何れかの方法において、
前記第１閾値は、前記タービンの回転数に応じて可変である。

複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分は、タービンの回転数に応じて変化し得る。上記（５）の方法によれば、タービンの回転数に応じて第１閾値を可変としたので、ガスタービンの運転状態に応じて、複数の燃焼器のうち何れかが未着火であるか否かを適切に判定することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの方法において、
前記複数の燃焼器への点火後、且つ、前記複数の燃焼器の着火又は未着火の判定開始条件を満たした時点で、前記差分に基づく前記複数の燃焼器の着火又は未着火の判定を開始する。

複数の燃焼器を備えるガスタービンでは、通常、燃焼器への点火時に、火炎の伝播により複数の燃焼器が順々に着火されるため、燃焼器への点火直後は、複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分が比較的大きくなる。したがって、例えばこのような期間に燃焼器の着火判定を行うと、燃焼器の部分未着火を適切に検知できない場合がある。この点、上記（６）の方法によれば、複数の燃焼器への点火後、かつ、燃焼器の着火判定開始条件を満たした時点で、燃焼器の着火判定を開始するようにしたので、例えば、火炎の伝播により複数の燃焼器の全てについて着火が行われてから燃焼器の着火判定をすることができる。これにより、複数の燃焼器のうちいずれかが未着火であるか否かを適切に判定することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、
前記判定開始条件は、
前記複数位置のそれぞれにおける前記複数の燃焼ガス温度の基準温度からの上昇量が第２閾値を超えた時点からの規定時間経過を
を含む。

上記（７）の方法によれば、複数の燃焼ガス温度の基準温度からの上昇量が第２閾値を超えた時点から、すなわち、複数の燃焼器の少なくとも幾つかが着火してから、既定時間経過後に燃焼器の着火判定を開始するようにしたので、複数の燃焼器のうちいずれかが未着火であるか否かを適切に判定することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの方法において、
前記複数の燃焼器に点火後、前記タービンが定格回転数に到達する前の少なくとも一部の期間に、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定する。

本発明者らの知見によれば、複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値の差分は、タービンが定格回転数に到達する前の段階においても、比較的大きくなる傾向がある。この点、上記（８）の方法によれば、上記（１）で述べたように複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値の差分を用いるので、タービンが定格回転数に到達する前の比較的速い段階であっても、複数の燃焼器の着火又は未着火を適切に判定することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの方法において、
前記複数の燃焼器に点火後、前記タービンの加速のための燃料流量増加開始前に、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定する。

本発明者らの知見によれば、複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値の差分は、タービンの加速のための燃料流量増加開始前の段階においても、比較的大きくなる傾向がある。この点、上記（９）の方法によれば、上記（１）で述べたように複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値の差分を用いるので、タービンの加速のための燃料流量増加開始前の比較的速い段階であっても、複数の燃焼器の着火又は未着火を適切に判定することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの方法において、
前記複数の燃焼器に点火後、前記タービンの加速開始前に、前記燃焼ガス温度の最大値と前記燃焼ガス温度の最小値との前記差分に基づいて前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定し、
前記タービンの加速開始後に、前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置の各々で計測される燃焼ガス温度の偏差に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定するステップを備える。

本発明者らの知見によれば、タービン加速開始前の段階では、上述の差分は比較的大きいが、上述の偏差はあまり大きくならない傾向がある。一方、タービンの加速開始後には、上述の差分及び上述の偏差は、それぞれ、タービン加速開始前に比べて大きくなる傾向がある。上記（１０）の方法によれば、タービンの加速開始前の段階では、燃焼ガス温度の最大値と燃焼最小値との差分に基づいて燃焼器の着火判定を適切にすることができる。また、タービンの加速開始後には、燃焼ガス温度の偏差に基づいて燃焼器の着火判定を適切にすることができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの方法において、
前記燃焼ガス温度は、前記タービンの最終段動翼（２６Ａ）の下流側、且つ、前記タービンの排気室（２９）のストラット（３２）よりも上流側の位置で計測される。

上記（１１）の方法によれば、タービンの最終段動翼の下流側の、燃焼ガス温度が適度に低下した位置にて燃焼ガス温度を計測するため、一般に入手可能な温度センサを用いて燃焼ガス温度を適切に計測することができる。また、上記（１１）の方法によれば、タービンの排気室のストラットよりも上流側の位置で燃焼ガス温度を計測するようにしたので、燃焼ガスの周方向における混合が進む前に温度計測ができる。このため、周方向における燃焼ガスの温度分布が平均化される前に温度検出することができ、最大値と最小値の差分を適切に検出しやすい。また、なるべく上流側の位置で温度計測することで、複数の燃焼器の着火判定を迅速に行うことができる。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの着火検知装置（９０）は、
周方向に沿って配列される複数の燃焼器（４）と、前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン（６）と、を備えるガスタービン用の着火検知装置であって、
前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度（Ｔａ〜Ｔｈ）の最大値（Ｔｍａｘ）との最小値（Ｔｍｉｎ）との差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定するように構成される。

上記（１２）の構成によれば、複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分に基づいて、複数の燃焼器のうちいずれかが未着火であるか否か（すなわち部分未着火であるか否か）を、火炎検知器を用いなくても適切に判定することができる。よって、コスト増大を抑制しながら複数の燃焼器の着火状態を適切に検知することができる。

（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンシステム（１００）は、
周方向に沿って配列される複数の燃焼器（４ａ〜４ｈ）と、
前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン（６）と、
上記（１２）に記載の着火検知装置（９０）と、
を備える。

上記（１３）の構成によれば、複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分に基づいて、複数の燃焼器のうちいずれかが未着火であるか否か（すなわち部分未着火であるか否か）を、火炎検知器を用いなくても適切に判定することができる。よって、コスト増大を抑制しながら複数の燃焼器の着火状態を適切に検知することができる。

（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係るプログラムは、
周方向に沿って配列される複数の燃焼器（４ａ〜４ｈ）と、前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン（６）と、を備えるガスタービン（１）の着火検知をするためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記複数の燃焼器（４ａ〜４ｈ）よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度（Ｔａ〜Ｔｈ）の最大値（Ｔｍａｘ）との最小値（Ｔｍｉｎ）との差分（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定する手順を実行させる。

上記（１４）の構成によれば、複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分に基づいて、複数の燃焼器のうちいずれかが未着火であるか否か（すなわち部分未着火であるか否か）を、火炎検知器を用いなくても適切に判定することができる。よって、コスト増大を抑制しながら複数の燃焼器の着火状態を適切に検知することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
４（４ａ〜４ｈ） 燃焼器
６ タービン
８ ロータ
１０ 圧縮機車室
１２ 空気取入口
１６ 静翼
１８ 動翼
２０ 燃焼器車室
２２ タービン車室
２４ 静翼
２６ 動翼
２６Ａ 最終段動翼
２８ 燃焼ガス流路
２９ 排気室
３０ 軸受
３２ ストラット
３４ 伝播管
３６ 点火栓
４０ 温度センサ
９０ 着火検知装置
１００ ガスタービンシステム

Claims (14)

1. 周方向に沿って配列される複数の燃焼器と、前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備えるガスタービンの着火検知方法であって、
   前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値と最小値との差分に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定するステップ
   を備えるガスタービンの着火検知方法。
2. 前記最大値と前記最小値との前記差分が第１閾値よりも大きいときに、前記複数の燃焼器のいずれかが未着火であると判定する
   請求項１に記載のガスタービンの着火検知方法。
3. 前記複数の燃焼ガス温度の各々の基準温度からの上昇量が第２閾値以上であり、かつ、前記差分が前記第１閾値以下であるときに、前記複数の燃焼器の全てが着火していると判定する
   請求項２に記載のガスタービンの着火検知方法。
4. 前記第１閾値は、基準時刻からの経過時間に応じて可変である
   請求項２又は３に記載のガスタービンの着火検知方法。
5. 前記第１閾値は、前記タービンの回転数に応じて可変である
   請求項２乃至４の何れか一項に記載のガスタービンの着火検知方法。
6. 前記複数の燃焼器への点火後、且つ、前記複数の燃焼器の着火又は未着火の判定開始条件を満たした時点で、前記差分に基づく前記複数の燃焼器の着火又は未着火の判定を開始する
   請求項１乃至５の何れか一項に記載のガスタービンの着火検知方法。
7. 前記判定開始条件は、
   前記複数位置のそれぞれにおける前記複数の燃焼ガス温度の基準温度からの上昇量が第２閾値を超えた時点からの規定時間経過を
   を含む
   請求項６に記載のガスタービンの着火検知方法。
8. 前記複数の燃焼器に点火後、前記タービンが定格回転数に到達する前の少なくとも一部の期間に、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定する
   請求項１乃至７の何れか一項に記載のガスタービンの着火検知方法。
9. 前記複数の燃焼器に点火後、前記タービンの加速のための燃料流量増加開始前に、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定する
   請求項１乃至８の何れか一項に記載のガスタービンの着火検知方法。
10. 前記複数の燃焼器に点火後、前記タービンの加速開始前に、前記燃焼ガス温度の最大値と前記燃焼ガス温度の最小値との前記差分に基づいて前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定し、
    前記タービンの加速開始後に、前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置の各々で計測される燃焼ガス温度の偏差に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定するステップを備える
    請求項１乃至９の何れか一項に記載のガスタービンの着火検知方法。
11. 前記燃焼ガス温度は、前記タービンの最終段動翼の下流側、且つ、前記タービンの排気室のストラットよりも上流側の位置で計測される
    請求項１乃至１０の何れか一項に記載のガスタービンの着火検知方法。
12. 周方向に沿って配列される複数の燃焼器と、前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備えるガスタービン用の着火検知装置であって、
    前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値との最小値との差分に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定するように構成された
    ガスタービンの着火検知装置。
13. 周方向に沿って配列される複数の燃焼器と、
    前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
    請求項１２に記載の着火検知装置と、
    を備えるガスタービンシステム。
14. 周方向に沿って配列される複数の燃焼器と、前記複数の燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備えるガスタービンの着火検知をするためのプログラムであって、
    コンピュータに、
    前記複数の燃焼器よりも下流側の位置にて周方向における複数位置のそれぞれで計測される複数の燃焼ガス温度の最大値との最小値との差分に基づいて、前記複数の燃焼器の着火又は未着火を判定する手順を実行させるための
    プログラム。

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