JP3231826B2 - 燃焼タービンの点火診断装置 - Google Patents

燃焼タービンの点火診断装置

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JP3231826B2
JP3231826B2 JP07540692A JP7540692A JP3231826B2 JP 3231826 B2 JP3231826 B2 JP 3231826B2 JP 07540692 A JP07540692 A JP 07540692A JP 7540692 A JP7540692 A JP 7540692A JP 3231826 B2 JP3231826 B2 JP 3231826B2
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/26Starting; Ignition
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  • Control Of Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃焼タービンに関し、さ
らに詳細には燃焼タービンの点火制御・診断装置に関す
る。本発明はガスタービン発電所に利用されるものとし
て説明するが、他の用途に用いる燃焼タービンにも同様
に利用可能である。
【0002】
【従来の技術】ガスタービン、特に発電所用ガスタービ
ンの運転には、リレー・空気圧式装置、アナログ電子制
御装置、デジタル制御装置、さらに最近ではコンピュー
ターソフトウェアによる制御装置等種々の型の制御装置
が用いられている。本願の出願人に譲渡され本明細書の
一部を形成するものとして引用する米国特許第4,30
8,468号(発明者:Giras et al.)は
かかる従来技術装置を幾つかをリストしている。この米
国特許は特に、ガスタービン発電所に用いるデジタルコ
ンピューター制御装置を開示している。
【0003】本出願人は、このGiras et al
特許の装置に続いて、他のタイプの制御装置をPOWE
RLOGIC及びPOWERLOGIC IIの商品名
で販売している。これらの制御装置はGiras et
al特許の装置と同様、ガスタービン発電所の制御に
用いられる。しかしながら、かかる制御装置は主として
マイクロプロセッサを用いたコンピューター制御装置で
ある。即ち、従来技術の制御装置が電気的及び電子的ハ
ードウェアで実現されているのとは対照的にこの制御装
置はソフトウェア制御である。
【0004】このPOWERLOGIC及びPOWER
LOGIC II制御装置の動作コンセプトは、オペレ
ーターが1つのボタンを押すだけでタービン発電機をい
わゆる始動待機状態から全出力状態へ作動させるという
ものである。タービン発電機のすべての運転モードが制
御の対象となる。たとえば、ウエスチングハウス社のW
501D5型のような従来技術の燃焼タービンの点火制
御は、点火時期を決める目安として圧縮機出口圧及び他
のファクタを利用する。しかしながらかかるファクタを
モニターしても点火ミスが起こる可能性が依然として存
在する。たとえば、周囲温度が燃焼タービンを通る空気
流量に最大6%にも及ぶ影響を及ぼすことがある。燃焼
タービンの点火筒状部の外側に或る特定の燃料/空気状
態が発生する可能性がある。現在のところ、点火ミスの
発生につきどこに問題があったのかを判定する迅速な方
法がない。したがって、高い信頼度で点火ミスを診断す
る必要性が存在する。
【0005】以下においてガスタービン発電所及びPO
WERLOGIC II制御装置の作動につき説明する
が、本発明はガスタービンの点火プロセスの診断に特に
向けられていることを理解されたい。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的
は、点火時に所望の作動状態が確実に存在するようにす
るためタービンの点火作動状態を診断する装置を提供す
ることにある。
【0007】上記の目的に鑑みて、本発明は、燃料系統
を流れる燃料の流量を表わす燃料流量信号と、燃料スロ
ットル弁の上流の燃料圧力を表わす燃料圧力信号とが与
えられ、点火許容信号を発生する制御信号により制御さ
れる燃焼タービンの点火診断装置であって、燃料流量信
号を第1の限界値とを比較して燃料流量信号が第1の限
界値を越えると第1の指示信号を発生する第1のコンパ
レータと、燃料流量信号と第2の限界値とを比較して燃
料流量信号が第2の限界値以下であると第2の指示信号
を発生する第2のコンパレータと、第1及び第2の指示
信号並びに点火許容信号に応答して点火時の燃料流量が
大きすぎるかまたは小さすぎるかを示す出力信号を発生
する第1の論理手段と、燃料圧力信号を第3の限界値と
を比較して燃料圧力信号が第3の限界値を越えると第3
の指示信号を発生する第3のコンパレータと、燃料圧力
信号と第4の限界値とを比較して燃料圧力信号が第4の
限界値以下であると第4の指示信号を発生する第4のコ
ンパレータと、第3及び第4の指示信号並びに第1の論
理手段の出力信号に応答して点火時の燃料圧力が大きす
ぎるかまたは小さすぎるかを示す出力信号を発生する第
2の論理手段と、第3及び第4の指示信号並びに第1の
論理手段の出力信号に応答して燃料スロットル弁が不適
当な位置にあるか否かを示す出力信号を発生する第3の
論理手段とより成ることを特徴とする燃焼タービンの点
火診断装置を提供する。
【0008】以下、添付図面を参照して本発明を実施例
につき詳細に説明する。
【0009】
【実施例】燃焼タービン発電機の点火ミスを診断する新
規の方法及び装置は図13乃至図19に関連して説明す
る。本発明はソフトウェア或いはハードウェアの何れに
よっても実現可能であるが、好ましい実施例では以下に
説明する中央処理ユニットに含まれるソフトウェアによ
り実現される。しかしながら、本発明の特定のプログラ
ムにつき説明する前に、本発明が利用される環境、即ち
燃焼タービンにより駆動される発電所につき全般的な説
明を行なう。
【0010】図1はガスタービン発電所100を示す
が、この発電所は交流発電機102とそれを駆動する燃
焼またはガスタービン104よりなる。この実施例にお
いて、ガスタービン104は本出願人が製造するW50
1D5型であるのが好ましい。この装置は入口ダクト1
12及び排気ダクト114に入口昇温器108及び排気
昇温器110がそれぞれ結合されているため、周辺住民
の発電所100に対する受容度が高い。
【0011】発電所100の基礎は、単一の発電所ユニ
ットに1つの制御ステーションを設ける場合その長さは
ほぼ31.8m(106フィート)である。マスター制
御ステーションを設けるようにするとこの基礎の長さは
116で示すように長くすることが可能である。発電所
100にさらにユニットを設けてそれらを共通に制御す
る場合はマスター制御ステーションを設けるのが当然で
あろう。
【0012】キャビネット118に収納されているマイ
クロプロセッサを用いたコンピュータ及び他の制御装置
の回路が発電所100の作動及び制御を行なう。好まし
い実施例において、このキャビネット118は本出願人
が市販するWestinghouse Distrib
uted Processing Family(WD
PF)装置を収納しており、2つの分布処理ユニット、
エンジニアコンソール及びロガーを含むことが可能であ
る。制御キャビネット118と連携のオペレータキャビ
ネット120は、振動モニター、紫外線火炎検出器用電
子装置、シンクロスコープ及び種々の押しボタンスイッ
チを含む。異常な発電所運転状態を感知するプリンタ1
12及び保護継電パネル124が制御キャビネット11
8と連携するものとして設けてある。
【0013】発電所100の始動用動力は、始動歯車ユ
ニット128によりガスタービン104の駆動軸に結合
された始動用モータ128により供給される。最初の始
動期間、始動用モータ128がターニング装置130及
び始動歯車装置132を介してガスタービンを駆動する
よう。タービン104が定格速度の約20%に到達する
と、点火が起こる。
【0014】モータ制御センター134が発電所100
の種々の補助装置を作動するために設けられている。モ
ータ制御センター134及び補助台板に取り付けた他の
装置に連携するセンサーまたは接点要素から種々の信号
が、図11において詳細に説明するように制御装置で利
用するため送信される。補助台板またはスキッドの一方
の端部に隣接して発電所のバッテリー135が設置され
ている。
【0015】図2は、発電所100に用いる内部電源装
置の1つの形態を示す。発電所100が運転状態にはい
ると、発電機102が発生する電力は発電機ブレーカー
136、13.8KVバス137、主変圧器(図示せ
ず)及びラインブレーカー138を介して電力系統へ送
電される。発電所100の補助電力は内部電源から補助
ブレーカー139及び補助電力480ボルトバス140
を介して得られる。発電機ブレーカー136はこの発電
所100の同期及び保護用切り離し装置として作用す
る。
【0016】内部電源装置から適当な480ボルト電源
が得られない場合、図3に示すように補助電力変圧器1
41を設けてもよい。この変圧器141とステーション
の13.8KVバス137との間に切り離しスイッチ1
42を接続する。図3に示すような構成を用いるといわ
ゆる停電時始動が行なえる。
【0017】図1に示すように、開閉装置パッド143
が発電機ブレーカー136を含む15KV開閉装置14
4,145,146のために設けられている。ユーザー
が選択する場合、この補助電力変圧器141と切り離し
スイッチ142も開閉装置パッド143に設置されてい
る。発電機の励磁装置の励磁開閉装置150もまたこの
開閉装置パッド143に設けられている。後で詳しく説
明するが、キャビネット118のI/O回路は開閉装置
パッドの種々の要素に連携するある特定のセンサーまた
は接点要素からの信号を受ける。
【0018】この補助台板上には圧力スイッチ及びゲー
ジキャビネット152が設けられている。このキャビネ
ット152は、圧力スイッチ、ゲージ、レギュレーター
及びガスタービンの作動に必要な他の種々の要素を収容
している。
【0019】ブラシレス励磁機154を含む発電機10
2を図4に概略的に示す。発電機102及び励磁機15
4の回転要素は一対の軸受け158,160により支持
されている。従来型の発電機振動変換器162,164
が発電所制御装置の入力データを発生するため軸受け1
58,160へ結合されている。ステータ巻線に埋め込
まれた抵抗温度検出器(RTD)181A−Fが巻線温
度を測定するために設置されている。温度検出器15
9,161が図4に示すように軸受け油ドレイン温度を
測定する。温度センサー及び振動変換器162,164
からの信号は制御装置、即ちキャビネット118へ送ら
れる。
【0020】励磁機154の動作について説明する。永
久磁石界磁装置165が回転するとパイロット励磁機ア
ーマチャー166へ電圧が誘起され、この電圧が電圧レ
ギュレーター(図示せず)を介して固定AC励磁機界磁
巻線168へ結合される。これにより、励磁機の回転要
素上に形成されたAC励磁機アーマチャー172に電圧
が誘起され、それがヒューズと共にダイオードウィール
174に取り付けたダイオードの両端に印加されて発電
機102の回転界磁要素176を付勢する。固定アーマ
チャー巻線178には発電機電圧が誘起され、発電機1
00が同期オンライン状態になると発電機ブレーカー1
36を介して電力系統への送電が開始される。変圧器1
80はレギュレーター170へフィードバック信号を供
給して励磁機の界磁巻線168の界磁レベルを制御す
る。変圧器180からの信号はまた発電機のメガワット
信号、キャビネット118へ送られる制御信号として用
いられる。
【0021】図5を参照して、好ましい実施例のガスタ
ービン104は定格速度が3600rpmの単純サイク
ル型ウエスチングハウスW501D5である。図面から
明らかなように、このタービン104は2つの軸受けに
単一の軸が支持された構造を有し、コールドエンド電力
駆動及び軸方向排気方式である。フィルターを通った空
気が入口ダクト112からフランジ付き入口マニホルド
183を介して多段軸流圧縮機185へ導入される。入
口案内翼組立体182が、特に始動時のサージ発生を防
止するため圧縮機の入口を横切るように支持された複数
の翼を有する。案内翼のすべてがガス流に関してとる角
度は均一であり、入口案内翼組立体182の翼へ結合さ
れた空気圧作動式位置決めリング(図示せず)へ送られ
るコンピューターが発生した制御信号(図11及び図1
2)により制御される。
【0022】圧縮機185はケーシング184を有し、
このケーシングによりタービンの回転要素、即ちタービ
ン軸が軸受け188,189により支持されている。図
4に関連して説明したものと同様な振動変換器(図1
1)がガスタービンの軸受け188,189に設けられ
ている。圧縮機のロータ構造体186が任意の公知の方
法でタービン軸に固定されている。圧縮機ケーシング1
84はまた空気流の通路に沿って静翼190を順次列を
形成するように支持している。
【0023】圧縮機入口の空気は圧縮機185の複数の
段を環状に流れる。ディスク194によりロータ186
上に取り付けられた動翼192は、意図した運転性能が
得られるように空気力学的且つ構造的な観点から適正に
設計されたものである。圧縮機の入口及び出口空気温度
は適当に支持された熱電対(図11)により測定され
る。
【0024】次に燃焼システムについて考察する。圧縮
機出口の加圧空気は、ガスタービン104の縦方向軸の
周りにおいてケーシング184のセクション200内に
円錐台状に取り付けられた合計16個の筒状燃焼器19
8よりなる燃焼装置196へ送り込まれる。燃焼器のシ
ェル圧力は圧縮機−燃焼器流路に結合された適当なセン
サー(図11)により検出され、キャビネット118及
び圧力スイッチ/ゲージキャビネット152へ信号とし
て送られる。燃焼器198は、図6に示すように点火を
行なうためクロス火炎チューブ202により相互接続さ
れている(14個の燃焼器だけを示す)。コンピュータ
ーにより作動される順次点火装置204は点火器20
6,208を有する。コンピューターが発生する作動信
号については後述する。
【0025】この点火装置204は一般的に、点火器2
06,208の一部を形成する容量放電式点火器及び各
スパークプラグヘの配線を含む。スパークプラグは点火
器206,208内の伸縮ピストン上に取り付けてあ
り、このため点火後プラグを燃焼領域の外に移動させる
ことが可能である。スパークプラグへ送られる信号の電
流は任意の適当な装置により測定されて中央処理ユニッ
トへフィードバックされる(図11)。
【0026】14個の燃焼器バスケット198内におけ
る点火及び継続的な燃焼状態の存在を検証するために、
2つの燃焼器にそれぞれ一対の紫外線火炎検出器21
2,214が設けられている。火炎検出器は高温領域に
あるため火炎検知能力に冗長性をもたせるのが特に望ま
しい。
【0027】図7を参照して、複式燃焼ノズル216が
各燃焼器198の圧縮機端部に設けられている。油ノズ
ル218はこの複式ノズル216の中心部にあり、また
噴霧空気ノズル220はその周りを取り囲むように形成
されている。この噴霧空気ノズル220の周りには外側
空気ノズル222があり、これにより燃料ノズル組立体
が完成する。
【0028】図8の断面図に示すように、燃料油または
他の液体燃料は導管224を介して油ノズル218へ入
り、また噴霧空気は孔228を介してマニホルド226
へ入る。気体燃料は入口パイプ230及びマニホルド状
の多ノズル装置232を流れた後ノズル222を介して
噴出する。導管224及び230を介する燃料流量の制
御については後で説明する。
【0029】各燃焼器198において圧縮機出口空気流
の一部は燃料と混合され、点火後燃焼する。圧縮機出口
空気流の残りの部分は燃焼生成物と混合されて燃焼器1
98を流れた後、多段反応型タービン234(図5)へ
入る。燃焼器ケーシングのセクション200は垂直方向
のケーシングジョイント238を介してタービンケーシ
ング236へ結合されている。この圧縮機185とター
ビン234との間には高圧空気または油用のシールは必
要ない。
【0030】タービンのロータは、スタブ軸上にスルー
ボルトにより装着した4つのディスク翼組立体240,
242,244,245により形成されている。温度感
知熱電対(図11)はディスクキャビティ内に支持され
ており、制御装置へキャビティ温度信号を供給する。ロ
ータ組立体を形成するため、耐高温合金のロータ翼24
6がディスク上に取り付けられる。
【0031】タービンを回転させる2つの支持用軸受け
188,189はチィルティング軸受けであるのが好ま
しい。
【0032】タービンケーシング236は、タービン2
34の圧力容器として働くだけでなく、ロータの動翼列
と交互に配置される静翼列を形成する静翼248を支持
する。このガス流はタービン234から出口ダクト11
4に固定したフランジ付き排気マニホルド250を介し
てほぼ大気圧で放出される。
【0033】ガスタービンの軸受け用金属部分には多数
の熱電対が設けてある。さらに、翼の流路にある熱電対
は排気マニホルド250の内周に任意の公知方法により
支持されており、特に発電所の始動時制御装置が用いる
翼温度を迅速な応答で指示する。排気温度検出器は主と
して発電所100の負荷運転時において制御装置が用い
る平均排気温度を測定するため排気ダクト114に設置
されている。上述した熱電対及び他の温度検出器の重要
性については図11について説明する。
【0034】次にタービン104の燃料系統について考
察する。図9を参照して、燃料系統251は燃料弁を制
御することにより気体燃料をガスノズル222へ供給す
る。気体燃料は気体燃料源からダイヤフラム作動式圧力
調整弁254へ送られる。ここで、米国標準規格C3
7,2−1956と関連させるのが適当な場合につき開
閉装置についてのIEEE番号を一般的に用いているこ
とに注意されたい。
【0035】始動弁256は、タービン速度が3600
rpmまでの間ノズル222への気体燃料の流量を決定
する。この弁256はコンピューターが発生する制御信
号に応答して空気圧アクチュエータ261により位置決
めされる。点火を行なうためには、空気圧アクチュエー
タ261が完全に閉じた位置でこの弁256は部分開放
状態にある。圧力調整弁257は一定の圧力を与えるこ
とにより、点火時一定の気体燃料流量が得られて燃焼器
バスケット内で気体燃料の点火が反復して行なえるよう
にする。
【0036】弁257及び256がそれらの最大流量範
囲に到達すると、弁258が開いて燃焼タービンへの気
体燃料の流量を最大の負荷出力が得られるように制御す
る。
【0037】空気圧作動式トリップ弁260は、タービ
ン速度が110%定格速度のような所定のレベルに到達
すると機械的作動により気体燃料の流れを停止させる。
空気圧式通気弁262は、空気圧式オン・オフ隔離弁2
64と同様、トリップ弁260からトラップされた気体
を空気中へ放出する。弁260、262は常態で共に開
位置にあり、また弁264は常態で閉位置にある。隔離
弁による燃料制御動作は、圧力スイッチ及びゲージキャ
ビネット152(図1及び図11)を介して加えられる
電子制御信号により始動される。センサー261は、気
体燃料の流れを検知して処理ユニット344が用いるか
かる流量を表わす信号を発生させる。
【0038】図10を参照して、液体燃料供給系統26
6はモータにより駆動される主燃料ポンプ268のポン
プ作用により任意の適当な燃料源からノズル218(8
個だけを示す)へ液体燃料を供給する。このポンプの吐
出し圧力は制御装置用として検出器267により検出さ
れる。バイパス弁271は、戻りラインへの液体燃料バ
イパス流量を決定して液体燃料吐出し圧力を調整するた
めに電気−空気圧式コンバータ270及びブースタリレ
ー273の作用により空気圧式で作動される。コンピュ
ータが発生する制御信号はポンプの吐出し圧力を制御
し、また特にタービン始動時はポンプ吐出し圧力のラン
プ制御を行う。スロットル弁272は吐出し圧力調整弁
270の圧力ランプ制御が行われている時最小位置に保
持される。圧力スイッチ275は、ポンプ268が吸込
み流を加圧しているか否かを指示する。
【0039】圧力がランプ上昇すると、空気圧作動式ス
ロットル弁272は空気圧アクチュエータ274及びブ
ースターリレー276により決まるノズル218への液
体燃料流量を制御する位置に移動される。コンピュータ
が発生する制御信号はこのスロットル弁272のコンバ
ータによる位置制御作用を決定する。かかる動作時、バ
イパス弁270は燃料の吐出し圧力を引続き一定値に保
つように動作する。
【0040】気体燃料系統251と同様に、機械的に駆
動されるが空気圧により作動される過速度トリップ弁2
78がタービンが過速度状態になると液体燃料の流れを
停止させる。気体燃料系統251と同様に、電気的に駆
動されるが空気圧により作動される隔離弁282が液体
マニホルド283への液体燃料の流れをオン・オフ制御
する。
【0041】容積移送式ポンプ284(8個だけを示
す)がノズル218への独立の液体燃料流パスにそれぞ
れ設けられている。ポンプ284は単一軸に取り付けら
れるがマニホルド283からの液体燃料の流れにより駆
動されて実質的に等しいノズル燃料流量を与える。逆止
弁286はノズル218からの逆流を防止する。速度セ
ンサー280は燃料流量に比例するポンプ284の速度
を検出する。
【0042】次に発電所100の制御に用いる制御装置
について考察する。発電所100は、図11に概略的に
示した統合型タービン発電機コンピュータ制御装置30
0により制御される。発電所制御装置300は、制御キ
ャビネット118及び圧力スイッチ並びにゲージキャビ
ネット152内に収納された種々の要素及び図1の発電
所100に含まれる他の要素を包含する。
【0043】発電所100を始動させるため、制御装置
300はまずオペレーターによるスイッチ動作、温度測
定値、圧力スイッチ及び他のセンサー装置により発生さ
れるある特定の状態情報を必要とする。発電所全体の状
態が満足なものであると判定されると、発電所がコンピ
ュータのプログラム制御により始動される。
【0044】始動シーケンスは一般的に、ガスタービン
104を低速から加速させるための始動モータの始動及
び作動、ターニング装置の停止、約20%定格速度にお
ける燃焼装置による燃料の点火、約60%定格速度まで
の加速及び始動モータの停止、同期速度への加速及び発
電機ブレーカー136閉成後の負荷の接続を含む。運転
停止時には燃料流が停止されガスタービン104は減速
されて惰行状態となる。ターニング装置は冷却期間ター
ビンの回転要素を駆動するため始動される。
【0045】図12に示す制御ループ構成302は、制
御装置300(図11)において実現される好ましい一
般的な制御ループを表わす。一般的に、速度条件を満足
させるに必要な燃料需要を決めるにはフィードフォワー
ド制御を用いるのが好ましい。タービン速度、周囲温度
及び圧力、被制御負荷変数または発電所メガワット、燃
焼器シェル圧力及びタービン排気温度を含むプロセス変
数の測定値が、装置の設計限界を越えないように燃料需
要を制限、較正または制限するために用いられる。
【0046】制御装置302の燃料需要が変化すると、
タービンの気体または液体燃料弁256、258、27
2の位置が制御される。図12に示した複数の制御ルー
プ機能の組合せにより、低燃料需要セレクタ316が各
制御ループにより発生される種々の燃料限界値を選択す
るして燃料需要を制限する。これらの限界値はそれぞれ
速度制御器303、始動ランプ制御器305、最大排気
温度制御器306、最大メガワット制御器307及び最
大瞬時負荷ピックアップ制限手段308により発生され
る。
【0047】タービン速度は通常動作時、比例・積分・
微分(PID)制御器312により制御される。発電機
102のメガワット出力を表わすメガワットフィードバ
ック信号は、309で任意の公知の方法により発生され
てスイッチ310へ送られる。このスイッチ310は、
発電機のブレーカー制御器311が発電機ブレーカーが
閉位置にあるのを指示しているときは必ずメガワットフ
ィードバック信号を制御器312の負の入力へ送る。タ
ービン速度を表わす信号は、任意の公知の方法により速
度センサー314により発生されて制御器312のもう
1つの負の入力へ送られる。速度基準信号は制御器31
2の正の入力へ送られる。
【0048】制御器312ではその入力の合計が0にな
る必要があり、またセンサー314からの速度信号は同
期後本質的に一定であるため、速度基準信号はメガワッ
ト信号と平衡状態にされる。このため制御器312の出
力は負荷をピックアップするための速度基準信号のラン
プ上昇を表わす。
【0049】低燃料需要セレクタ316の出力の燃料需
要信号は複合燃料制御器317へ加えられ、ここでこの
燃料需要信号は気体燃料始動弁及びスロットル弁へ加え
る気体燃料需要信号かまたは気体スロットル及び圧力バ
イパス弁へ加える液体燃料需要信号、或いは気体及び液
体燃料弁の両方に加える気体及び液体燃料需要信号へ変
換される。
【0050】図11に示した制御装置300について考
察する。この装置は、中央処理ユニット334とその関
連の入力/出力インターフェイス装置よりなる汎用コン
ピュータ装置を有する。さらに詳細には、この中央処理
ユニット334のインターフェイス装置は種々の発電所
及びその構成要素の状態を表わす接点または他の同様な
信号を走査する接点閉成入力装置326を有する。
【0051】中央処理ユニット334の入力インターフ
ェイスはまた、各アナログチャンネル入力につきガスタ
ービン発電所100からのアナログ信号を所定の速度で
サンプリングしてこれをコンピュータ処理のためデジタ
ル信号へ変換する従来型アナログ入力装置328により
行われる。従来型プリンタ330も設けられ、参照番号
332で示すような例えば経過記録用プリントを作成す
るために用いられる。
【0052】出力インターフェイスは一般的に、従来型
の接点閉成出力装置342及びデジタル−アナログ出力
装置344により行われる。アナログ出力及び接点閉成
出力装置342はプログラムにより制御される。
【0053】図1に関連して言及した発電所のバッテリ
ー135も、コンピュータ装置、制御装置及び発電所1
00の他の構成要素を作動するため必要な電源として示
した。バッテリーの充電は適当な充電器320により行
われる。
【0054】タービン、保護継電器、開閉装置、圧力ス
イッチ及びゲージキャビネット並びに始動モータ接点か
ら接点閉成入力装置326へ接続が行われている。さら
に、モータ制御センター134に含まれるようなある特
定のユーザーが選択した接点327D及び種々の接点3
27Cが接点閉成入力装置326へ結合されている。
【0055】アナログ/デジタル入力装置328へは、
その多くを既に簡単に説明した種々の発電所プロセスセ
ンサーまたは検出器からの出力が印加される。種々のア
ナログ信号が中央処理ユニット334による処理のため
ガスタービン104に関連するセンサーにより発生され
る。タービンのセンサー329A−Kは、多翼パス熱電
対、ディスクキャビティ熱電対、排気マニホルド熱電
対、軸受け熱電対、圧縮機入口及び吐出し口熱電対、ま
た329Kで示すような液体燃料リザバー熱電対、軸受
け油熱電対、主燃料入口熱電対、周囲空気温度センサー
及び周囲空気圧力センサーを含む。
【0056】周囲温度の測定に用いるセンサーは熱電対
のような任意の公知の装置である。周囲空気温度及び周
囲空気圧力は圧縮機入口で測定するのが好ましい。
【0057】燃焼器シェル圧力センサー及びタービン速
度センサーもまたその出力信号がアナログ入力装置32
8へ結合される。タービン支持金属部熱電対はブロック
329Kに含まれている。
【0058】発電機102及びプラント開閉装置に連携
するセンサー329L−Rもまた中央処理ユニット33
4に結合されている。発電機温度センサーは、ステータ
抵抗温度検出器(RTD)、入口冷却RTD、出口冷却
RTD及び軸受け金属部熱電対を含む。発電機102及
びガスタービン104に連携する振動センサーは、回転
要素の振動をモニターするオペレーター・コンソール1
20を介してアナログ入力装置328へ結合されてい
る。図11に示すように、保護継電キャビネット内のさ
らに別のセンサーが種々のバス、ライン、発電機及び励
磁機の電気的状態を表わす信号を発生する。
【0059】接点閉成出力装置により作動される他の装
置には、発電機の界磁ブレーカ及び発電機/ラインブレ
ーカ136、138、139がある。モータにより作動
される発電機の励磁機界磁レオスタット171、177
及びモータ制御センター134及び圧力スイッチ/ゲー
ジキャビネット152内の種々の装置もまた接点閉成出
力に応答して作用する。プリンタ330は中央処理ユニ
ット334への特別の入出力チャンネルで直接作動され
る。
【0060】燃焼タービンの点火ミスを診断する方法及
び装置について図13−図19を参照して説明する。上
述したように、燃焼タービンの幾つかの状態が検出され
るが、かかる状態を表わす信号がアナログ/デジタル入
力装置328及び接点閉成入力装置326を介して中央
処理ユニット334へ送られる。図13については、タ
ービンの空気流量を表わす空気流量信号があり、かかる
空気流量が329K(図11)に示した種々のセンサー
により検出されていると仮定する。さらに、中央処理ユ
ニット334から点火許容信号が与えられるが、これは
いつも接点閉成装置342から始動モータ及び制御器2
04へ送られると仮定する。図13に示すように、第1
のコンパレータ410がこの空気流量信号を受けてその
信号を所定の高限界値と比較する。この空気流量信号が
高限界値を越えている場合、かかる比較動作の結果とし
て高論理信号がANDゲート412へ送られる。
【0061】この空気流量信号はまた空気流量低限界値
と比較するためコンパレータ414へも送られる。空気
流量信号が低限界値よりも低い場合、その比較動作の結
果として高論理信号がANDゲート416へ送られる。
点火許容信号はこれらのANDゲート412、416へ
送られるものとして図示してある。その結果、もしこの
点火許容信号が存在するならば、空気流量が高限界値を
越えていることを条件としてANDゲート412がコン
パレータ410からの信号を出力し、また空気流量が低
限界値以下であることを条件としてANDゲート416
がコンパレータ414からの信号を出力する。燃焼ター
ビンが点火ミスを起した場合、これらの指示信号のいず
れか1つによりユーザーは空気流量の問題を診断するこ
とができる。
【0062】図13を検討すると明らかなように、これ
らのANDゲート412、416は、点火許容信号が受
信中の場合コンパレータからの指示信号を出力する論理
手段を形成する。
【0063】図14は、燃料流量をモニターする点火ミ
ス診断装置を示す。上述したように、種々のセンサー3
29K内にあるセンサー266(図9)がタービンの燃
料流量を表わす燃料流量信号を発生する。図14に示す
ように、この燃料流量信号はコンパレータ430へ送ら
れ、燃料流量信号を高限界値と比較される。燃料流量が
この限界値を越えている場合はこのコンパレータが指示
信号を発生する。同時に、この燃料流量信号はコンパレ
ータ432へも送られ、燃料流量を低限界値と比較され
る。もしこの燃料流量がかかる限界値以下である場合は
このコンパレータがそれを指示する信号を発生する。コ
ンパレータ430、432が発生するこれらの信号はそ
れぞれANDゲート434、436へ送られる。点火許
容信号(図11のブロック402)及び燃料許容信号
(図12のブロック305)がそれぞれANDゲート4
38へ送られる。ANDゲート438の出力はANDゲ
ート434、436の入力へ送られる。以上より、AN
Dゲート434の出力は燃料流量が大きすぎることを、
またANDゲート436の出力は燃料流量が小さすぎる
ことを示す。また、この燃料流量のモニターは図9に示
した気体燃料系統或いは図10に示した液体燃料系統の
いずれにも等しく用いられて満足な結果が得られること
を理解されたい。
【0064】ANDゲート434、436の出力を燃料
圧力情報と結合することにより、燃料スロットル弁の位
置が不適当であるか否かを診断することができる。この
目的のために、ANDゲート434、436の出力はそ
れぞれ図14に示したORゲート439の入力へ加えら
れ、このORゲート439の出力が図15に示すAND
ゲート440、442へ加えられる。コンパレータ44
4はANDゲート440のもう一方の入力に接続されて
いる。コンパレータ444にはスロットル弁上流の燃料
圧力を表わす燃料圧力信号が送られる。図10に示すよ
うに、この信号は圧力センサー267により発生され
る。コンパレータ444は燃料圧力信号を高限界値と比
較して、燃料圧力信号がこの高限界値を越える時は必ず
高論理出力を発生する。この燃料圧力信号はまたコンパ
レータ446へ送られる。コンパレータ446は燃料圧
力信号を低限界値と比較して、燃料圧力信号がこの低限
界値以下である場合は必ずこの状態を示す指示信号であ
る高論理出力を発生する。コンパレータ446の出力は
ANDゲート442のもう一方の入力へ加えられる。か
くして、ANDゲート440の出力は燃料圧力が大きす
ぎることを示し、ANDゲート442の出力は燃料圧力
が低すぎることを示すことが分かる。コンパレータ44
4及び446の出力は反転信号としてANDゲート45
0へ加えられる。図14のORゲート439の出力は図
15のANDゲート450のもう一つの入力へ加えられ
る。ANDゲート450からの高論理出力は燃料弁が間
違った位置にあることを示す。ANDゲート450は、
ORゲート439及びインバータ448、449から高
論理信号を受けるとき高論理信号を発生することが分か
る。
【0065】図16は、燃料ノズルの噴霧空気流量を表
わす噴霧空気流量信号を与える点火ミス診断装置を示
す。換言すれば、孔228(図8)を通る空気流量を表
わす信号が得られる。かかる空気流量を感知するセンサ
ーは図11の329Kで示した種々のセンサー内に含ま
れている。噴霧空気流量信号は図16のコンパレータ4
60、462へ送られる。これらのコンパレータは、噴
霧空気流量信号と比較される基準信号が時間と共に変化
するという点で動的コンパレータである。この目的のた
めに、噴霧空気許容信号が基準信号発生器464へ送ら
れる。この信号発生器464はタービン時間、即ちター
ビン動作サイクルの特定の時点における所望の噴霧空気
流量を表わす噴霧空気流量基準信号を発生する。この信
号発生器464の出力は基準入力としてコンパレータ4
60、462へ加えられる。コンパレータ460は噴霧
空気の実際の流量を示す信号をこの基準信号と比較し
て、実際の空気流量が基準信号を越えている場合出力を
発生する。コンパレータ462は実際の噴霧空気流量信
号が基準信号以下である場合出力を発生する。本発明の
1つの実施例では、この信号発生器464は噴霧空気流
量情報を蓄積するメモリーを含む。信号発生器464
は、点火許容信号を受信するとこのメモリーに蓄積した
情報を取り出してかかる情報を時系列で出力する。
【0066】図17は、燃料温度信号を与える点火ミス
診断装置を示す。この燃料温度信号はコンパレータ47
0、472へ送られる。コンパレータ470は燃料温度
信号を高限界値と比較して、燃料温度が高限界値よりも
高いときは高論理出力を発生する。コンパレータ472
はまた燃料温度を低限界値と比較して、燃料温度がこの
低限界値以下である場合は高論理出力を発生する。コン
パレータ470、472からの信号はそれぞれANDゲ
ート474、476の入力へ加えられる。また図17に
示すように、感知した速度信号、即ち速度センサー31
4からの速度信号がコンパレータ478へ送られる。こ
のコンパレータ478はタービン速度が所定のレベル以
下であるか否かを判定する。好ましい実施例において、
かかる所定基準速度はほぼ3600rpmである。コン
パレータ478の出力はANDゲート480へ送られ
る。点火許容信号もまたANDゲート480へ送られ
る。コンパレータ478は燃料温度が始動時にのみ診断
されるようにするため必要とされるものである。上述し
たように、ANDゲート474の出力は点火時の燃料温
度が高すぎることを示し、ANDゲート476の出力は
点火時の燃料温度が低すぎることを示す。
【0067】図18は、点火電流につき点火ミスを診断
する装置を示す。上述したように、各点火器はノズルを
通過する燃料を点火するためのスパークプラグを有す
る。図6に関する説明を参照されたい。点火装置204
のセンサーは各スパークプラグへ送られる電流を検出し
てこの電流を表わす点火電流信号を発生する。とりあえ
ず1つの点火器だけについて考察すると、この点火電流
信号はコンパレータ482へ送られ、このコンパレータ
がこの電流信号を低限界値と比較する。この点火電流信
号が低限界値以下であるとANDゲート484へ高論理
出力信号が送られる。点火許容信号もまたANDゲート
484へ送られる。点火器1を流れる電流が低すぎるこ
とを示す出力がANDゲート484から得られる。コン
パレータ482及びANDゲート484はタービンの各
点火器に設けられている。
【0068】図19を参照して、点火許容信号はサンプ
ル・ホールド装置488のホールド入力へ加えられる。
点火ミス信号はサンプル・ホールド装置486のホール
ド入力へ加えられる。点火は所定の時間の間試みられる
が、もし図6の火炎検出器212、214が点火の発生
を感知しない場合、この点火ミス信号が発生される。燃
焼器バスケットの温度を表わす信号が各サンプル・ホー
ルド装置486、488のサンプル入力へ加えられる。
サンプル・ホールド装置486、488の出力はこれら
2つの出力の間の差を求める差動手段490へ送られ
る。差動手段490の出力はコンパレータ492へ送ら
れ、このコンパレータがその差を表わす信号を低限界値
と比較する。その差信号がこの低限界値以下である場
合、コンパレータ492が燃焼器バスケットの火炎の不
存在を示す高論理出力を発生する。燃焼器バスケットの
温度は2つのサンプル・ホールド装置によりサンプルさ
れるため、これら2つの信号の間に差がある場合、点火
ミス、そして恐らく火炎が存在しないことが示される。
スパークプラグは燃焼タービンのモデルにより異なる数
の燃焼器バスケット内の2つにだけ設けられているた
め、点火の成功不成功は火炎が全てのバスケットへ伝ぱ
んした結果としてのこれら2つのバスケットの火炎状態
による。どのバスケットに火炎がありまたどのバスケッ
トに火炎がないかは、点火ミスの原因を突き止めるにあ
たり価値ある情報である。図19に示した装置はタービ
ン104に含まれる各燃焼器バスケットにつき設けられ
ることに注意されたい。
【0069】本発明を特定の実施例につき詳細に説明し
たが、当業者は上述した本発明の原理から逸脱すること
なく種々の変形例及び設計変更を想倒するであろう。そ
してそれらは頭書した特許請求の範囲に含まれるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明により作動されるガスタービン
発電所の頂部平面図である。
【図2】図2は、図1のガスタービン発電所の作動に用
いる電気系統を示す。
【図3】図3は、図1のガスタービン発電所の作動に用
いる電気系統を示す。
【図4】図4は、図1のガスタービン発電所に用いる回
転整流型励磁機及び発電機の概略図である。
【図5】図5は、図4の発電所に用いるガスタービンの
前立面図である。
【図6】図6は、図5のガスタービンに用いる燃料ノズ
ル及びその部品を示す。
【図7】図7は、図5のガスタービンに用いる燃料ノズ
ル及びその部品の正面図である。
【図8】図8は、図5のガスタービンに用いる燃料ノズ
ル及びその部品の断面図である。
【図9】図9は、図5のガスタービンに用いる気体燃料
系統の概略図である。
【図10】図10は、図5のガスタービンに用いる液体
燃料系統の概略図である。
【図11】図11は、図1のガスタービン発電所の作動
に用いるデジタルコンピュータ制御装置のブロック図で
ある。
【図12】図12は、図11のコンピュータ制御装置の
作動に用いる制御ループの概略図である。
【図13】図13は、本発明による空気流量診断装置の
概略図である。
【図14】図14は、本発明による燃料流量診断装置の
概略図である。
【図15】図15は、本発明による燃料圧力診断装置の
概略図である。
【図16】図16は、本発明による噴霧空気流量診断装
置の概略図である。
【図17】図17は、本発明による燃料油温度診断装置
の概略図である。
【図18】図18は、本発明による点火器作動状態診断
装置の概略図である。
【図19】図19は、発明による燃焼器バスケット作動
状態診断装置の概略図である。
【符号の説明】
100 ガスタービン発電所 102 発電機 104 ガスタービン 202 クロス火炎チューブ 204 点火装置 206,208 点火器 212,214 火炎検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カーミット リチャード ウェスコット アメリカ合衆国 フロリダ州 ウインタ ー スプリングス サラナック 671 (72)発明者 ポール ジェームス タイラー アメリカ合衆国 フロリダ州 ウインタ ー スプリングス ティオガ コート 708 (72)発明者 レオ ポール セイント オンゲ アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ウ ェクスフォード サイテーション コー ト 2468 (56)参考文献 特開 昭61−197725(JP,A) 特開 昭60−195333(JP,A) 特開 昭61−205339(JP,A) 特開 平2−267327(JP,A) 特開 昭60−95138(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02C 9/00 F02C 7/00

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料系統を流れる燃料の流量を表わす燃
    料流量信号と、燃料スロットル弁の上流の燃料圧力を表
    わす燃料圧力信号とが与えられ、点火許容信号を発生す
    る制御信号により制御される燃焼タービンの点火診断装
    置であって、 燃料流量信号を第1の限界値とを比較して燃料流量信号
    が第1の限界値を越えると第1の指示信号を発生する第
    1のコンパレータと、 燃料流量信号と第2の限界値とを比較して燃料流量信号
    が第2の限界値以下であると第2の指示信号を発生する
    第2のコンパレータと、 第1及び第2の指示信号並びに点火許容信号に応答して
    点火時の燃料流量が大きすぎるかまたは小さすぎるかを
    示す出力信号を発生する第1の論理手段と、 燃料圧力信号を第3の限界値とを比較して燃料圧力信号
    が第3の限界値を越えると第3の指示信号を発生する第
    3のコンパレータと、 燃料圧力信号と第4の限界値とを比較して燃料圧力信号
    が第4の限界値以下であると第4の指示信号を発生する
    第4のコンパレータと、 第3及び第4の指示信号並びに第1の論理手段の出力信
    号に応答して点火時の燃料圧力が大きすぎるかまたは小
    さすぎるかを示す出力信号を発生する第2の論理手段
    と、 第3及び第4の指示信号並びに第1の論理手段の出力信
    号に応答して燃料スロットル弁が不適当な位置にあるか
    否かを示す出力信号を発生する第3の論理手段とより成
    ることを特徴とする燃焼タービンの点火診断装置。
  2. 【請求項2】 第1の論理手段は、点火許容信号及び第
    1の指示信号に応答する第1のANDゲートと、点火許
    容信号及び第2の指示信号に応答する第2のANDゲー
    トと、第1及び第2のANDゲートの出力に応答する第
    1のORゲートとより成り、 第2の論理手段は、第1のORゲートの出力及び第3の
    指示信号に応答する第3のANDゲートと、第1のOR
    ゲートの出力及び第4の指示信号に応答する第4のAN
    Dゲートとより成り、 第3の論理手段は、第3の指示信号に応答する第1のイ
    ンバータと、第4の指示信号に応答する第2のインバー
    タと、第1及び第2のインバータの出力並びに 第1のO
    Rゲートの出力に応答する第5のANDゲートとより成
    ることを特徴とする請求項1の燃焼タービンの点火診断
    装置。
  3. 【請求項3】 燃焼タービンを流れる空気の流量を表わ
    す空気流量信号を第1の限界値と比較して空気流量信号
    が第5の限界値を越えると第5の指示信号を発生する第
    5のコンパレータと、 空気流量信号を第6の限界値と比較して空気流量信号が
    第6の限界値以下であると第6の指示信号を発生する第
    6のコンパレータと、 第5及び第6の指示信号並びに点火許容信号に応答して
    点火時の空気流量が大きすぎるかまたは小さすぎるかを
    示す出力信号を発生する第4の論理手段とより成ること
    を特徴とする請求項2の燃焼タービンの点火診断装置。
  4. 【請求項4】 第4の論理手段は、点火許容信号及び第
    5の指示信号に応答する第6のANDゲートと、点火許
    容信号及び第6の指示信号に応答する第7のANDゲー
    トとより成ることを特徴とする請求項3の燃焼タービン
    の点火診断装置。
  5. 【請求項5】 燃焼タービンの燃料ノズルを通る噴霧空
    気の所望の流量を表わす基準信号を発生させる基準信号
    発生器と、 実際の噴霧空気流量を表わす噴霧空気流量信号と基準信
    号とを比較して噴霧空気流量信号が基準信号を越えると
    第7の指示信号を発生させる第7のコンパレータと、 噴霧空気流量信号と基準信号とを比較して噴霧空気流量
    信号が基準信号以下であると第8の指示信号を発生する
    第8のコンパレータとより成ることを特徴とする請求項
    1の燃焼タービンの点火診断装置。
  6. 【請求項6】 基準信号発生器は、基準信号を蓄積する
    メモリーを有し、点火許容信号に応答して該メモリーか
    ら時系列で該基準信号を出力することを特徴とする請求
    項5に記載の燃焼タービンの点火診断装置。
  7. 【請求項7】 燃料温度を表わす燃料温度信号と第1の
    温度基準値とを比較して燃料温度信号が第1の温度基準
    値を越えると第9の指示信号を発生する第9のコンパレ
    ータと、 燃料温度信号と第2の温度基準値とを比較して燃料温度
    信号が第2の温度基準 値を越えると第10の指示信号を
    発生する第10のコンパレータと、 タービン速度を表わす速度信号と速度基準値とを比較し
    て速度信号が速度基準値以下であると第11の指示信号
    を発生する第11のコンパレータと、 第9、第10及び第11の指示信号並びに点火許容信号
    に応答して点火時のタービン温度が高すぎるかまたは低
    すぎるかを示す出力信号を発生する第5の論理手段とよ
    り成ることを特徴とする請求項1に記載の燃焼タービン
    の点火診断装置。
  8. 【請求項8】 第5の論理手段は、点火許容信号及び第
    11の指示信号に応答する第8のANDゲートと、第8
    のANDゲートの出力及び第9の指示信号に応答する第
    9のANDゲートと、第8のANDゲートの出力及び第
    10の指示信号に応答する第10のANDゲートとより
    成ることを特徴とする請求項7に記載の燃焼タービンの
    点火診断装置。
  9. 【請求項9】 少なくとも1つの点火器が制御信号に応
    答して燃焼タービンの燃料を点火し、 該制御信号の電流を表わす点火信号とこの電流の基準値
    とを比較して点火信号が電流基準値以下であると第12
    の指示信号を発生する第12のコンパレータと、 第12の指示信号及び点火許容信号に応答して点火ミス
    を表わす出力信号を発生する第6の論理手段とより成る
    ことを特徴とする請求項1に記載の燃焼タービンの点火
    診断装置。
  10. 【請求項10】 第6の論理手段は、第12の指示信号
    及び点火許容信号に応答する第11のANDゲートとよ
    り成ることを特徴とする請求項9に記載の燃焼タービン
    の点火診断装置。
  11. 【請求項11】 燃焼タービンが複数の燃焼器バスケッ
    トを有し、燃焼器バスケットの温度を表わす燃料器バス
    ケット温度信号が各燃焼器バスケットにつき与えられ、 サンプル入力においてバスケット温度信号を、またホー
    ルド入力において点火許容信号を受信するように接続さ
    れた第1のサンプル・ホールド装置と、 サンプル入力においてバスケット温度信号を、またホー
    ルド入力において第6の 論理手段の出力信号を受信する
    ように接続された第2のサンプル・ホールド装置と、 第1及び第2のサンプル・ホールド装置の出力に接続さ
    れて両出力の差を表わす差信号を発生する差動手段と、 差信号と差の基準値とを比較して差信号が基準値以下で
    あると第13の指示信号を発生するコンパレータとより
    成ることを特徴とする請求項9に記載の燃焼タービンの
    点火診断装置。
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