JP4517259B2 - ガスタービンに設けられた熱電対の断線検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンのタービン入口または出口に設けられた熱電対の断線や短絡を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンは空気圧縮機で圧縮した空気を燃焼室に送り、燃料と混合して燃焼し、この燃焼ガスをタービンに送りタービンを回転する。このためタービン入口温度が最も高温になる。エンジンの保護のため最も温度の高くなるタービン入口温度の監視が必要であり、法的にもこの温度の監視が規定されている。このため、タービン入口に熱電対を設け、温度の計測が行われる。しかし、タービン入口の温度は１２００℃程度にもなるので、 温度センサの劣化が激しいため、通常はエンジンのテスト期間のみ取付け、恒常的には温度が低いタービン出口を計測しこの温度よりタービン入口温度を推定している。
【０００３】
熱電対は断線や短絡が発生すると使用できなくなるので、負荷運転前にはチェックが行われる。この検出方法として、熱電対の接続される回路に微弱な電流を流しておき、断線した場合は増幅器に通常の計測値の場合に発生する電圧値よりはるかに大きな電圧を発生させ断線を検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしそのような断線検出方法を行なうためには、熱電対の接続回路に予め断線検出のための電圧供給回路、検出回路を組み込んでおく必要がある。しかもこれらの回路では断線は検出できるが、短絡は検出できなかった。
【０００５】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、タービン入口や出口の熱電対の出力がタービンの回転数や燃料流量により変化するのを調べて熱電対の断線や短絡を検出する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ガスタービンのタービン入口または出口に設けられた熱電対について、タービンの回転数を停止状態より着火まで上げてゆき、その間の熱電対の出力の変化が所定値以上のときは、熱電対の断線や短絡はないとする。
【０００７】
ガスタービンの冷態すなわち長期間停止状態であったものを起動する場合、静止状態より燃料に着火するまでの間、圧縮機による断熱圧縮により圧縮された空気温度が上昇し、タービン入口温度や出口温度は徐々に上昇する。また温態すなわち停止からあまり時間がたっておらず、燃焼器やタービン回りの温度が高い場合は、圧縮機の圧縮空気により冷却されてタービン入口温度や出口温度は低下する。この温度変化を測定する熱電対に断線や短絡が発生すると、熱電対の出力は変動しなくなるので、熱電対の出力の変化が所定値以上のときは熱電対は正常であるとすることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、ガスタービンのタービン入口または出口に設けられた熱電対について、着火より負荷運転までの燃料の供給中に、その間の熱電対の出力の変化が所定値以上のときは、熱電対の断線や短絡はないとする。
【０００９】
ガスタービンの着火より負荷運転にいたるまで、燃料流量を増してゆくとタービン入口または出口温度は一意に変化する。この温度変化を測定する熱電対に断線や短絡が発生すると、熱電対の出力は変動しなくなるので、その間の熱電対の出力の変化が所定値以上のときは、熱電対は正常であるとすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明のタービン入口または出口に設けられた熱電対の断線を検出する装置の第１実施の形態の構成を示すブロック図である。先ずガスタービン１の構造を簡単に説明する。空気を取り入れ圧縮する圧縮機２と、この圧縮空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器３と、この燃焼ガスにより回転し、圧縮機２を駆動するとともに発電機等の負荷５を駆動するタービン４より構成される。圧縮機２の入口６、タービン入口７と出口８には熱電対が設けられている。本実施形態はこの内タービン入口７と出口８の熱電対をこの位置における温度特性を利用してチェックする。
【００１１】
温度検出回路１０は熱電対に発生する微弱な電流を増幅し雑音をフィルタで除去し特性を較正して温度を出力する。温度変化算出手段１１は温度とともにタービンの回転数を入力し、温度と回転数を対応して記憶する。停止に近い回転数から着火に近い回転数間での温度変化を算出する。温度変化評価手段１２は温度変化算出手段１１で算出した温度変化と基準値を比較し、基準値以上の変化があるか否かにより、熱電対に断線や短絡があるか否かを判定する。なお、温度変化算出手段１１と温度変化評価手段１２はコンピュータ内に構成されるものである。
【００１２】
図２は停止より着火までの間のタービン入口または出口の温度変化を示す図である。図２Ａは冷態から着火までのタービン入口または出口の温度変化を示し、図２Ｂは温態から着火までのタービン入口または出口の温度変化を示す。冷態は長時間停止した後に起動する場合で、ガスタービン全体が周囲の気温と同じ状態である。温態は停止後短時間で起動する場合で、温度のかなり高い部分が存在する場合がある。温態の場合はガスタービン停止から起動までの時間によりタービン入口や出口温度は異なる。
【００１３】
図２Ａに示す冷態からの起動の場合、タービン入口または出口の温度は気温と同じであるが、回転数を上げてゆくと、圧縮機２による断熱圧縮により圧縮空気の温度が徐々に上昇してくるので、タービン入口または出口の温度もこれにならって上昇してくる。また、図２Ｂに示すように温態からの起動の場合、気温よりある程度高い温度で起動する。このため、圧縮機２からの圧縮空気の温度の方が低い場合が多く、タービン入口または出口の温度はこの圧縮空気で冷却され、回転数の増加とともに温度は低下してゆき、着火により上昇するようになる。
【００１４】
図３は温度変化算出方法を説明する図である。回転数をｘ，温度をｙとして表す。停止時と着火時の回転数の間で最小３点をとり、隣接する点間の温度差の絶対値をとり加算する。この加算値を温度変化とする。図２Ａのように一意に上昇する場合は絶対値としなくもよいが、図２Ｂのように下降してゆく場合、絶対値が必要になる。両端の回転数は必ずしも停止時と着火時に近い値とする必要はない。加算した値が判定基準Ｃ以上であれば、熱電対の断線または短絡はないと判断される。
【００１５】
温度変化算出手段１１では、温度とこれに対応する回転数のデータが蓄積されてくると、停止時近傍の回転数とその温度データ、最新の回転数とその温度データ、両回転数の中間の回転数とその温度データから、図３に示す方法で温度変化を算出する。温度変化判定手段１２では、この温度変化を基準値Ｃと比較し、基準値Ｃ以上の場合は、熱電対の断線または短絡はないと判断する。この判断が下されれば温度変化算出手段１１での作業は停止される。なお、このように逐次計算しないで、着火時の回転数に近づいたとき、温度変化の計算と判定をしてもよいが、判定は遅くなる。
【００１６】
判定基準Ｃは、例えば、１℃である。温度変化が０．５℃程度であると雑音と区別できないので、この倍の１℃としている。熱電対に断線が発生した場合、出力が変動しなくなる。また短絡が発生した場合は０点調整等をしているので、出力は０となり変動しなくなる。故に熱電対の出力が変動していれば、その値が１℃でも断線や短絡が発生していないことを精度よく検出することができる。
【００１７】
図４はタービン出口の冷態起動時の温度分布を示す図である。横軸はタービンの毎分当たりの回転数、縦軸は温度（℃）である。丸がタービン出口の熱電対による温度を示し、四角は圧縮機２入口の吸入空気温度を示す。空気温度は一定である。着火は回転数２９００程度で行われる。例えば、回転数５００，１５００，２５００間の温度差をとれば、２℃以上となっており、熱電対の断線や短絡は発生していないことがわかる。
【００１８】
図５はタービン出口の温態起動時の温度分布を示す図である。横軸、縦軸の表示、記号は図４と同じである。起動時のタービン出口の温度は１５０℃、吸入空気温度は２０℃である。タービン出口温度は圧縮機の圧縮空気により冷却され、着火まで連続して低下してゆく。例えば、回転数５００，１０００，１５００間の温度差をとれば、１５℃以上となっており、熱電対の断線や短絡は発生していないことがわかる。
【００１９】
次に第２実施形態を説明する。図６は第２実施形態の構成を示すブロック図で、第１実施形態の図１に対し温度変化算出手段１１A に回転数に代えて燃料流量のデータが入力される。負荷投入直後から最大負荷までの運転領域では、着火後から負荷運転に移るまで、燃料流量の増加によりタービンの入口、出口の温度はほぼ一意に増加してゆく。この関係は第１実施形態の冷態起動時の温度と回転数の関係と同じである。しかし温度ははるかに大きい。
【００２０】
図７は着火から負荷運転に入るまでの燃料流量とタービン入口と出口の温度との関係を示す。この関係は図２Ａの冷態起動時の回転数とタービン入口と出口の温度との関係と同じである。温度変化算出手段１１A では、温度とこれに対応する燃料流量のデータが蓄積されてくると、着火時近傍の燃料流量とその温度データ、最新の燃料流量とその温度データ、両燃料流量の中間の燃料流量とその温度データから、図３に示す方法で温度変化を算出する。温度変化判定手段１２では、この温度変化を基準値Ｃと比較し、基準値Ｃ以上の場合は、熱電対の断線または短絡はないと判断する。基準値Ｃは、第１実施形態と同じである。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、ガスタービンのタービン入口または出口の温度が、 着火前は回転数に応じて変化し、着火後は燃料流量に応じて変化するので、これらの位置に取付けられた熱電対の出力変化を検出することにより、 熱電対の断線や短絡を着火前、又は負荷運転中に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】着火前の回転数とタービン入口と出口の温度を示し、（Ａ）は冷態起動時、（Ｂ）は温態起動時を示す。
【図３】熱電対の出力変化のを算出方法を説明する図である。
【図４】冷態起動時のタービン出口と吸入空気の温度変化を示す図である。
【図５】温態起動時のタービン出口と吸入空気の温度変化を示す図である。
【図６】第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】着火後の燃料流量とタービン出口の温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ 負荷
１０ 温度検出回路
１１，１１A 温度変化算出手段
１２ 温度変化判定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンのタービン入口または出口に設けられた熱電対の断線や短絡を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンは空気圧縮機で圧縮した空気を燃焼室に送り、燃料と混合して燃焼し、この燃焼ガスをタービンに送りタービンを回転する。このためタービン入口温度が最も高温になる。エンジンの保護のため最も温度の高くなるタービン入口温度の監視が必要であり、法的にもこの温度の監視が規定されている。このため、タービン入口に熱電対を設け、温度の計測が行われる。しかし、タービン入口の温度は１２００℃程度にもなるので、 温度センサの劣化が激しいため、通常はエンジンのテスト期間のみ取付け、恒常的には温度が低いタービン出口を計測しこの温度よりタービン入口温度を推定している。
【０００３】
熱電対は断線や短絡が発生すると使用できなくなるので、負荷運転前にはチェックが行われる。この検出方法として、熱電対の接続される回路に微弱な電流を流しておき、断線した場合は増幅器に通常の計測値の場合に発生する電圧値よりはるかに大きな電圧を発生させ断線を検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしそのような断線検出方法を行なうためには、熱電対の接続回路に予め断線検出のための電圧供給回路、検出回路を組み込んでおく必要がある。しかもこれらの回路では断線は検出できるが、短絡は検出できなかった。
【０００５】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、タービン入口や出口の熱電対の出力がタービンの回転数や燃料流量により変化するのを調べて熱電対の断線や短絡を検出する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ガスタービンのタービン入口または出口に設けられた熱電対について、タービンの回転数を停止状態より着火まで上げてゆき、その間の熱電対の出力の変化が所定値以上のときは、熱電対の断線や短絡はないとする。
【０００７】
ガスタービンの冷態すなわち長期間停止状態であったものを起動する場合、静止状態より燃料に着火するまでの間、圧縮機による断熱圧縮により圧縮された空気温度が上昇し、タービン入口温度や出口温度は徐々に上昇する。また温態すなわち停止からあまり時間がたっておらず、燃焼器やタービン回りの温度が高い場合は、圧縮機の圧縮空気により冷却されてタービン入口温度や出口温度は低下する。この温度変化を測定する熱電対に断線や短絡が発生すると、熱電対の出力は変動しなくなるので、熱電対の出力の変化が所定値以上のときは熱電対は正常であるとすることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、ガスタービンのタービン入口または出口に設けられた熱電対について、着火より負荷運転までの燃料の供給中に、その間の熱電対の出力の変化が所定値以上のときは、熱電対の断線や短絡はないとする。
【０００９】
ガスタービンの着火より負荷運転にいたるまで、燃料流量を増してゆくとタービン入口または出口温度は一意に変化する。この温度変化を測定する熱電対に断線や短絡が発生すると、熱電対の出力は変動しなくなるので、その間の熱電対の出力の変化が所定値以上のときは、熱電対は正常であるとすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明のタービン入口または出口に設けられた熱電対の断線を検出する装置の第１実施の形態の構成を示すブロック図である。先ずガスタービン１の構造を簡単に説明する。空気を取り入れ圧縮する圧縮機２と、この圧縮空気に燃料を混合し燃焼する燃焼器３と、この燃焼ガスにより回転し、圧縮機２を駆動するとともに発電機等の負荷５を駆動するタービン４より構成される。圧縮機２の入口６、タービン入口７と出口８には熱電対が設けられている。本実施形態はこの内タービン入口７と出口８の熱電対をこの位置における温度特性を利用してチェックする。
【００１１】
温度検出回路１０は熱電対に発生する微弱な電流を増幅し雑音をフィルタで除去し特性を較正して温度を出力する。温度変化算出手段１１は温度とともにタービンの回転数を入力し、温度と回転数を対応して記憶する。停止に近い回転数から着火に近い回転数間での温度変化を算出する。温度変化評価手段１２は温度変化算出手段１１で算出した温度変化と基準値を比較し、基準値以上の変化があるか否かにより、熱電対に断線や短絡があるか否かを判定する。なお、温度変化算出手段１１と温度変化評価手段１２はコンピュータ内に構成されるものである。
【００１２】
図２は停止より着火までの間のタービン入口または出口の温度変化を示す図である。図２Ａは冷態から着火までのタービン入口または出口の温度変化を示し、図２Ｂは温態から着火までのタービン入口または出口の温度変化を示す。冷態は長時間停止した後に起動する場合で、ガスタービン全体が周囲の気温と同じ状態である。温態は停止後短時間で起動する場合で、温度のかなり高い部分が存在する場合がある。温態の場合はガスタービン停止から起動までの時間によりタービン入口や出口温度は異なる。
【００１３】
図２Ａに示す冷態からの起動の場合、タービン入口または出口の温度は気温と同じであるが、回転数を上げてゆくと、圧縮機２による断熱圧縮により圧縮空気の温度が徐々に上昇してくるので、タービン入口または出口の温度もこれにならって上昇してくる。また、図２Ｂに示すように温態からの起動の場合、気温よりある程度高い温度で起動する。このため、圧縮機２からの圧縮空気の温度の方が低い場合が多く、タービン入口または出口の温度はこの圧縮空気で冷却され、回転数の増加とともに温度は低下してゆき、着火により上昇するようになる。
【００１４】
図３は温度変化算出方法を説明する図である。回転数をｘ，温度をｙとして表す。停止時と着火時の回転数の間で最小３点をとり、隣接する点間の温度差の絶対値をとり加算する。この加算値を温度変化とする。図２Ａのように一意に上昇する場合は絶対値としなくもよいが、図２Ｂのように下降してゆく場合、絶対値が必要になる。両端の回転数は必ずしも停止時と着火時に近い値とする必要はない。加算した値が判定基準Ｃ以上であれば、熱電対の断線または短絡はないと判断される。
【００１５】
温度変化算出手段１１では、温度とこれに対応する回転数のデータが蓄積されてくると、停止時近傍の回転数とその温度データ、最新の回転数とその温度データ、両回転数の中間の回転数とその温度データから、図３に示す方法で温度変化を算出する。温度変化判定手段１２では、この温度変化を基準値Ｃと比較し、基準値Ｃ以上の場合は、熱電対の断線または短絡はないと判断する。この判断が下されれば温度変化算出手段１１での作業は停止される。なお、このように逐次計算しないで、着火時の回転数に近づいたとき、温度変化の計算と判定をしてもよいが、判定は遅くなる。
【００１６】
判定基準Ｃは、例えば、１℃である。温度変化が０．５℃程度であると雑音と区別できないので、この倍の１℃としている。熱電対に断線が発生した場合、出力が変動しなくなる。また短絡が発生した場合は０点調整等をしているので、出力は０となり変動しなくなる。故に熱電対の出力が変動していれば、その値が１℃でも断線や短絡が発生していないことを精度よく検出することができる。
【００１７】
図４はタービン出口の冷態起動時の温度分布を示す図である。横軸はタービンの毎分当たりの回転数、縦軸は温度（℃）である。丸がタービン出口の熱電対による温度を示し、四角は圧縮機２入口の吸入空気温度を示す。空気温度は一定である。着火は回転数２９００程度で行われる。例えば、回転数５００，１５００，２５００間の温度差をとれば、２℃以上となっており、熱電対の断線や短絡は発生していないことがわかる。
【００１８】
図５はタービン出口の温態起動時の温度分布を示す図である。横軸、縦軸の表示、記号は図４と同じである。起動時のタービン出口の温度は１５０℃、吸入空気温度は２０℃である。タービン出口温度は圧縮機の圧縮空気により冷却され、着火まで連続して低下してゆく。例えば、回転数５００，１０００，１５００間の温度差をとれば、１５℃以上となっており、熱電対の断線や短絡は発生していないことがわかる。
【００１９】
次に第２実施形態を説明する。図６は第２実施形態の構成を示すブロック図で、第１実施形態の図１に対し温度変化算出手段１１A に回転数に代えて燃料流量のデータが入力される。負荷投入直後から最大負荷までの運転領域では、着火後から負荷運転に移るまで、燃料流量の増加によりタービンの入口、出口の温度はほぼ一意に増加してゆく。この関係は第１実施形態の冷態起動時の温度と回転数の関係と同じである。しかし温度ははるかに大きい。
【００２０】
図７は着火から負荷運転に入るまでの燃料流量とタービン入口と出口の温度との関係を示す。この関係は図２Ａの冷態起動時の回転数とタービン入口と出口の温度との関係と同じである。温度変化算出手段１１A では、温度とこれに対応する燃料流量のデータが蓄積されてくると、着火時近傍の燃料流量とその温度データ、最新の燃料流量とその温度データ、両燃料流量の中間の燃料流量とその温度データから、図３に示す方法で温度変化を算出する。温度変化判定手段１２では、この温度変化を基準値Ｃと比較し、基準値Ｃ以上の場合は、熱電対の断線または短絡はないと判断する。基準値Ｃは、第１実施形態と同じである。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、ガスタービンのタービン入口または出口の温度が、 着火前は回転数に応じて変化し、着火後は燃料流量に応じて変化するので、これらの位置に取付けられた熱電対の出力変化を検出することにより、 熱電対の断線や短絡を着火前、又は負荷運転中に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】着火前の回転数とタービン入口と出口の温度を示し、（Ａ）は冷態起動時、（Ｂ）は温態起動時を示す。
【図３】熱電対の出力変化のを算出方法を説明する図である。
【図４】冷態起動時のタービン出口と吸入空気の温度変化を示す図である。
【図５】温態起動時のタービン出口と吸入空気の温度変化を示す図である。
【図６】第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】着火後の燃料流量とタービン出口の温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ 負荷
１０ 温度検出回路
１１，１１A 温度変化算出手段
１２ 温度変化判定手段
Claims (2)
- ガスタービンのタービン入口または出口に設けられた熱電対について、タービンの回転数を停止状態より着火まで上げてゆき、その間の熱電対の出力の変化が所定値以上のときは、熱電対の断線や短絡はないとすることを特徴とするガスタービンに設けられた熱電対の断線検出方法。
- ガスタービンのタービン入口または出口に設けられた熱電対について、着火より負荷運転までの燃料供給中に、その間の熱電対の出力の変化が所定値以上のときは、熱電対の断線や短絡はないとすることを特徴とするガスタービンに設けられた熱電対の断線検出方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000184157A JP4517259B2 (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | ガスタービンに設けられた熱電対の断線検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000184157A JP4517259B2 (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | ガスタービンに設けられた熱電対の断線検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002004886A JP2002004886A (ja) | 2002-01-09 |
| JP4517259B2 true JP4517259B2 (ja) | 2010-08-04 |
Family
ID=18684632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000184157A Expired - Lifetime JP4517259B2 (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | ガスタービンに設けられた熱電対の断線検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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|---|---|---|---|---|
| JP2004272561A (ja) | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Bitwallet Inc | 携帯端末装置、携帯端末方法、携帯端末プログラム、提供サーバ装置、提供サーバ方法、及び提供サーバプログラム |
| JP2006083730A (ja) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Hitachi Ltd | ガスタービンの着火検出方法 |
| US7698927B2 (en) * | 2007-01-30 | 2010-04-20 | The Boeing Company | Methods and systems for measuring atmospheric water content |
| JP2009236122A (ja) * | 2009-07-21 | 2009-10-15 | Hitachi Ltd | ガスタービンの着火検出方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002511150A (ja) * | 1998-04-10 | 2002-04-09 | ゼネラル エレクトリック カンパニイ | 動力発生タービンの熱電対の故障の検出 |
-
2000
- 2000-06-20 JP JP2000184157A patent/JP4517259B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002511150A (ja) * | 1998-04-10 | 2002-04-09 | ゼネラル エレクトリック カンパニイ | 動力発生タービンの熱電対の故障の検出 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2002004886A (ja) | 2002-01-09 |
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