JP5152344B2 - ガスタービンの制御装置及びガスタービンの始動方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼器に複数の燃料噴射弁が設けられたガスタービンの制御装置及び始動方法に関する。
燃焼器に複数の燃料噴射弁が周方向に並べて設けられたガスタービンが知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
特許文献1に示されているような複数の燃料噴射弁を備えたガスタービンにおいては、各燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼器内で燃焼させ、その燃焼ガスでタービンを回転駆動している。このようなガスタービンの始動方法としては、まず全ての燃料噴射弁からそれぞれ燃料を噴射させ、その後点火栓等の点火装置でそれら燃料に点火して燃料の燃焼を開始する方法が知られている。一般に燃焼器には、点火装置が1つ程度しか設けられていない。周知のように点火によって発生した火炎は点火装置の周囲からその外側に拡がるように伝播する。そして、各燃料噴射弁から噴射されている燃料は、その火炎が到達した時点から燃焼を開始する。そのため、点火装置から遠い位置にある燃料噴射弁から噴射されている燃料は、火炎が到達するまで未燃のまま燃焼器から排出される。従って、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が大量に排出されるおそれがある。また、この始動方法では、燃料が未燃のまま排出されるので、燃料が無駄に消費される。そのため、燃費が悪い。
そこで、本発明は、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制でき、かつ燃費を改善することが可能なガスタービンの制御装置及び始動方法を提供することを目的とする。
本発明のガスタービンの制御装置は、圧縮機で圧縮された空気が供給され、かつ燃焼室の形状が円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御する制御手段を備えている。
本発明の制御装置によれば、点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期を遅くするので、点火手段の周囲で発生した火炎が到達するまでの期間この燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制できる。これにより未燃燃料の発生を抑制できるので、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制できる。また、このように燃焼に寄与しない無駄な燃料の噴射を抑制することにより、ガスタービンの燃費を改善することができる。
本発明の制御装置の一形態において、前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から前記点火手段に対して最も遠くにある燃料噴射弁に向かってそれらの間にある燃料噴射弁が所定の間隔で順次開弁されるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御してもよい。周知のように点火手段の周囲で発生した火炎は、その周囲から外側に拡がるように伝播する。この形態では、点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から最も遠くの燃料噴射弁に向かってそれらの間の燃料噴射弁を順次開弁させるので、各燃料噴射弁は火炎が到達する順番でそれぞれ開弁される。そのため、各燃料噴射弁から噴射された燃料を速やかに燃焼させることができる。従って、各燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制しつつ速やかにガスタービンを始動することができる。
本発明の制御装置の一形態においては、前記複数の燃料噴射弁のうち前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁の周囲に配置されて前記燃焼器内の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させ、その後前記温度検出手段により検出された温度が所定の判定温度以上になった場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料を噴射させてもよい。燃料が燃焼し始めた場合は、その燃焼で発生した熱により燃焼器内の温度が上昇する。そのため、燃焼器内において燃料が燃焼しているか否か、燃焼器内の温度に基づいて判断することができる。この形態では、温度検出手段により検出された温度が所定の判定温度になった場合に点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料が噴射される。この場合、判定温度を適切に設定することにより、これらの燃料噴射弁から噴射された燃料を確実に燃焼させることができる。従って、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることをさらに抑制できる。
本発明の制御装置の一形態において、各燃料噴射弁には、前記点火手段からの距離に応じて遅延時間がそれぞれ設定されており、前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させた時点から経過した時間がいずれかの燃料噴射弁の遅延時間以上になった場合に、その遅延時間が設定されている燃料噴射弁から燃料を噴射させてもよい。点火手段の周囲で発生した火炎が各燃料噴射弁に到達するまでに掛かる時間は点火手段からの距離に応じて決まる。そのため、この形態では、遅延時間を適切に設定することにより、燃料噴射弁に火炎が到達したときにその燃料噴射弁から燃料を噴射させることができる。そのため、各燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制しつつ速やかにガスタービンを始動することができる。
この形態において、前記遅延時間は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から噴射された燃料にて発生した火炎が各燃料噴射弁に到達すると予想される時間であってもよい。このように各燃料噴射弁の遅延時間を設定することにより、火炎が燃料噴射弁に到達したときにその燃料噴射弁から燃料を噴射させることができる。
本発明のガスタービンの始動方法は、圧縮機で圧縮された空気が供給され、かつ燃焼室の形状が円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作をそれぞれ制御する。
本発明の始動方法によれば、上述した制御装置と同様に、点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期を遅くするので、点火手段の周囲で発生した火炎が到達するまでの期間この燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制できる。そのため、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制できる。また、ガスタービンの燃費を改善することができる。
本発明の始動方法の一形態においては、前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から前記点火手段に対して最も遠くにある燃料噴射弁に向かってそれらの間にある燃料噴射弁を所定の間隔で順次開弁させてもよい。この場合、各燃料噴射弁は火炎が到達する順番でそれぞれ開弁されるので、各燃料噴射弁から噴射された燃料を速やかに燃焼させることができる。従って、各燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制しつつ速やかにガスタービンを始動することができる。
本発明の始動方法の一形態においては、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料が噴射されている状態で、前記燃焼器内の温度が所定の判定温度以上になった場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料を噴射させてもよい。この場合、判定温度を適切に設定することにより、点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から噴射された燃料を確実に燃焼させることができる。従って、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることをさらに抑制できる
本発明の始動方法の一形態において、各燃料噴射弁には、前記点火手段からの距離に応じて遅延時間がそれぞれ設定されており、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させた時点から経過した時間がいずれかの燃料噴射弁の遅延時間以上になった場合に、その遅延時間が設定されている燃料噴射弁から燃料を噴射させてもよい。この場合、遅延時間を適切に設定することにより、燃料噴射弁に火炎が到達したときにその燃料噴射弁から燃料を噴射させることができる。そのため、各燃料噴射弁から無駄に燃料が噴射されることを抑制しつつ速やかにガスタービンを始動することができる。
この形態において、前記遅延時間は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から噴射された燃料にて発生した火炎が各燃料噴射弁に到達すると予想される時間であってもよい。この場合、火炎が燃料噴射弁に到達したときにその燃料噴射弁から燃料を噴射させることができる。
(第1の形態)
図1は、本発明の第1の形態に係る制御装置が組み込まれたガスタービンの概略を示している。ガスタービン1は、筒状の外側ケース2と、外側ケース2内よりも径が小さい筒状の内側ケース3とを備えている。この図に示したように内側ケース3は外側ケース2の内側に同軸に設けられ、外側ケース2と内側ケース3との間にはバイパス流路4が形成されている。また、ガスタービン1は、ファン10、低圧圧縮機20、高圧圧縮機30、燃焼器40、高圧タービン50a、及び低圧タービン50bを備えている。これらの中心部分には、軸線Ax回りに回転可能に設けられた低速軸5a及び高速軸5bが貫通している。ファン10は内側ケース3の外側に配置され、それ以外は内側ケース3内に配置されている。この図に示したようにガスタービン1には、始動手段としてのスタータ6が設けられている。スタータ6は、公知の電動モータである。スタータ6と高速軸5bとは、相互に回転を伝達可能なように動力伝達機構7で接続されている。なお、スタータ6は、ガスタービン1の運転中には高速軸5bにて回転駆動され、発電機として機能する。
図1は、本発明の第1の形態に係る制御装置が組み込まれたガスタービンの概略を示している。ガスタービン1は、筒状の外側ケース2と、外側ケース2内よりも径が小さい筒状の内側ケース3とを備えている。この図に示したように内側ケース3は外側ケース2の内側に同軸に設けられ、外側ケース2と内側ケース3との間にはバイパス流路4が形成されている。また、ガスタービン1は、ファン10、低圧圧縮機20、高圧圧縮機30、燃焼器40、高圧タービン50a、及び低圧タービン50bを備えている。これらの中心部分には、軸線Ax回りに回転可能に設けられた低速軸5a及び高速軸5bが貫通している。ファン10は内側ケース3の外側に配置され、それ以外は内側ケース3内に配置されている。この図に示したようにガスタービン1には、始動手段としてのスタータ6が設けられている。スタータ6は、公知の電動モータである。スタータ6と高速軸5bとは、相互に回転を伝達可能なように動力伝達機構7で接続されている。なお、スタータ6は、ガスタービン1の運転中には高速軸5bにて回転駆動され、発電機として機能する。
ファン10は、複数のファンブレード11を備えている。これら複数のファンブレード11は、低速軸5aの一端に低速軸5aと一体に回転するように設けられている。低圧圧縮機20は、高速軸5bと一体に回転する複数の動翼(不図示)と、内側ケース3に回転不能に固定された複数の静翼(不図示)とを備えた軸流式圧縮機として構成されている。低圧圧縮機20の取入れ口はファン10の下方に設けられ、排出口は高圧圧縮機30の取入れ口と接続されている。高圧圧縮機30は、高速軸5bと一体に回転する羽根車(不図示)を備えた遠心式圧縮機として構成されている。高圧圧縮機30の排出口は、燃焼器40の取入れ口と接続されている。
燃焼器40は軸線Axを中心としたリング状に形成されている。図2は図1のII−II線における燃焼器40の断面を示している。この図に示したように燃焼器40には、その内部40aに燃料を噴射可能なように複数(図2では12個)の燃料噴射弁41が設けられている。これら燃料噴射弁41は、周方向に等間隔で配置されている。なお、各燃料噴射弁41には、#1〜#12の番号を付して互いに区別する。燃料噴射弁41は、燃焼器41内に燃料を噴射する開弁状態と、噴射を停止する閉弁状態とに切り替え可能に構成されている。これら複数の燃料噴射弁41は、共通の燃料供給管42に接続されている。燃料供給管42には、内部の圧力に対応する信号を出力する燃料圧力センサ43が設けられている。燃料供給管42は、燃料通路44にて不図示の燃料タンクと接続されている。燃料通路44には、燃料タンクから燃料供給管42に燃料を送るための燃料ポンプ45と、燃料供給管42に送られる燃料の流量を制御するための流量制御装置46が設けられている。流量制御装置46は、不要な燃料を燃料タンクに戻すためのリターン通路46aを備えている。
また、燃焼器40には、燃焼器40内の燃料混合気に点火可能なように点火手段としての点火栓47が設けられている。点火栓47は、#1の燃料噴射弁41までの距離と#7の燃料噴射弁41までの距離とがほぼ同じになるようにこれら#1と#7の燃料噴射弁41の間に設けられている。燃焼器40には、燃焼器40内の温度に対応する信号を出力する第1温度センサ48及び第2温度センサ49が設けられている。この図に示したように第1温度センサ48は、#1の燃料噴射弁41と#2の燃料噴射弁41との間に設けられている。第2温度センサ49は、#7の燃料噴射弁41と#8の燃料噴射弁41との間に設けられている。
図1に戻ってガスタービン1の説明を続ける。燃焼器40の排出口は、高圧タービン50aの取入れ口と接続されている。高圧タービン50aは、高速軸5bと一体に回転する複数の動翼(不図示)と、内側ケース3に回転不能に固定された複数の静翼(不図示)とを備えた軸流式タービンとして構成されている。高圧タービン50aの排出口は低圧タービン50bの取入れ口と接続されており、高圧タービン50aから出たガスは低圧タービン50bに送られる。低圧タービン50bは、低速軸5aと一体に回転する複数の動翼(不図示)と、回転不能に固定された複数の静翼(不図示)とを備えている。低圧タービン50bの排出口は大気に開放されている。なお、これらの部分は公知のガスタービンと同じであるため、詳細な説明は省略する。
このガスタービン1では、ファン10によって外側ケース2内に空気が取り込まれる。取り込まれた空気は、その一部が低圧圧縮機20に、残りがバイパス流路4にそれぞれ送られる。低圧圧縮機20に送られた空気は、低圧圧縮機20及び高圧圧縮機30でそれぞれ圧縮され、その後燃焼器40に送られる。燃焼器40では、この圧縮空気内に燃料を噴射して燃料を燃焼させる。燃焼ガスは、高圧タービン50aに送られて高圧タービン50aを駆動する。そして、これにより高速軸5bが回転駆動されて動力が発生する。高圧タービン50aから排出されたガスは、さらに低速タービン50bを駆動する。これにより低速軸5aが回転駆動されてファン10が駆動される。
各燃料噴射弁41、燃料ポンプ45、点火栓47、及びスタータ6の動作は、制御手段としての電子制御装置60にてそれぞれ制御される。電子制御装置60は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なRAM、ROM等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成されている。電子制御装置60は、各種センサからの出力信号に基づいてガスタービン1の運転状態を制御する。電子制御装置60は、例えば燃料圧力センサ43の出力信号に基づいて燃料供給管42内の燃料の圧力が所定の圧力に維持されるように流量制御装置46の動作を制御する。また、電子制御装置60は、イグナイタ47aを介して点火栓47の動作を制御する。電子制御装置60には、例えば高速軸5bの回転数に対応する信号を出力する回転数センサ61(図1参照)等が接続されている。また、電子制御装置60には、燃料圧力センサ43、第1温度センサ48、及び第2温度センサ49も接続されている。なお、電子制御装置60には、この他にもガスタービン1の温度に対応する信号を出力する機関温度センサ、大気の温度に対応する信号を出力する大気温センサ、及び大気圧に対応する信号を出力する大気圧センサ等の種々のセンサが接続されているがそれらの図示は省略した。
図3は、電子制御装置60がガスタービン1を始動するために実行する始動制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、ガスタービン1の停止中に例えば始動スイッチが押される等の所定の始動条件が成立した場合に実行される。この制御ルーチンは、電子制御装置60が実行する他のルーチンと並行に実行される。
この制御ルーチンにおいて電子制御装置60は、まずステップS11で初期データを取得する。初期データとしては、例えばガスタービン1の温度、大気の温度、及び大気圧等が取得される。次のステップS12において電子制御装置60は、始動時のガスタービン1の運転条件を設定する。この運転条件としては、例えば各燃料噴射弁41の開弁時期、及び燃料供給管42内の燃料の圧力の目標値等が設定される。電子制御装置60は、図4に示したマップを参照して各燃料噴射弁41の開弁時期を設定する。図4は、#1、#7の燃料噴射弁41から噴射された燃料が燃焼器40内において燃焼し始めた時期(以下、燃焼開始時期と呼ぶことがある。)を基準とした場合の#2〜#6及び#8〜#12の燃料噴射弁41の開弁時期を示している。この図に示したように#2、#8の燃料噴射弁41の開弁時期は、燃焼開始時期から遅延時間T1遅れた時期が設定される。#3、#9の燃料噴射弁41の開弁時期は燃焼開始時期から遅延時間T2遅れた時期が、#4、#10の燃料噴射弁41の開弁時期は燃焼開始時期から遅延時間T3遅れた時期がそれぞれ設定される。#5、#11の燃料噴射弁41の開弁時期は燃焼開始時期から遅延時間T4遅れた時期が、#6、#12の燃料噴射弁41の開弁時期は燃焼開始時期から遅延時間T5遅れた時期がそれぞれ設定される。この図に示したように各遅延時間T1〜T5は、T1<T2<T3<T4<T5の関係になるように設定されている。このように各燃料噴射弁41の開弁時期は、点火栓47から遠くなるほど遅くなるように設定される。これらの遅延時間T1〜T5は、点火栓47の周囲で発生した火炎が各燃料噴射弁41に到達すると予想される時間に基づいて適宜に設定される。この図に示した関係は、例えば予め実験や数値計算等により求めて電子制御装置60のROMに記憶させておけばよい。なお、これらの開弁時期は、始動時のガスタービン1の温度、大気の温度、及び大気圧等に基づいて補正してもよい。燃料の圧力の目標値は、所得した初期データ等に基づいて設定する公知の方法で設定すればよい。
次のステップS13において電子制御装置60は、スタータ6を起動して高速軸5bを回転させる。続くステップS14において電子制御装置60は、高速軸5bの回転数Nが予め設定した所定の第1回転数N1より高いか否か判断する。第1回転数N1としては、例えば燃焼器40内に噴射された燃料の着火及び燃焼を行うことが可能な回転数が設定される。電子制御装置60は、高速軸5bの回転数Nが第1回転数N1より高くなるまでこの処理を繰り返し実行する。
高速軸5bの回転数Nが第1回転数N1より高いと判断した場合はステップS15に進み、電子制御装置60は点火栓47から連続的に火花が生じるようにイグナイタ47aを制御する。続くステップS16において電子制御装置60は、#1、#7の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁させる。これによりこれら#1、#7の燃料噴射弁41から燃焼器40内に燃料の噴射が開始される。次のステップS17において電子制御装置60は、#1、#7の燃料噴射弁41から燃焼器40内に噴射された燃料が燃焼し始めたか否か判断する。この処理において電子制御装置60は、第1温度センサ48及び第2温度センサ49の少なくともいずれか一方によって検出された温度が予め設定した判定温度以上の場合に燃料が燃焼していると判断する。なお、判定温度には、例えば800°C等この温度以上であれば燃料が燃焼していると判断可能な温度が適宜に設定される。電子制御装置60は、燃料が燃焼し始めたと判断するまでこの処理を繰り返し実行する。
燃料が燃焼し始めたと判断した場合はステップS18に進み、電子制御装置60は燃焼器40内において燃料が燃焼し始めてからの経過時間を測定するためのタイマTをリセットし、その後タイマTによるカウントを開始する。次のステップS19において電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T1以上か否か判断する。電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T1以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。タイマTの値が遅延時間T1以上と判断した場合はステップS20に進み、電子制御装置60は#2、#8の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁する。
次のステップS21において電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T2以上か否か判断する。電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T2以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマTの値が遅延時間T2以上と判断した場合はステップS22に進み、電子制御装置60は#3、#9の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁する。続くステップS23において電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T3以上か否か判断する。電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T3以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマTの値が遅延時間T3以上と判断した場合はステップS24に進み、電子制御装置60は#4、#10の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁する。
次のステップS25において電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T4以上か否か判断する。電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T4以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマTの値が遅延時間T4以上と判断した場合はステップS26に進み、電子制御装置60は#5、#11の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁する。続くステップS27において電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T5以上か否か判断する。電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T5以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマTの値が遅延時間T5以上と判断した場合はステップS28に進み、電子制御装置60は#6、#12の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁する。
次のステップS29において電子制御装置60は、高速軸5bの回転数Nが予め設定した所定の第2回転数N2より高いか否か判断する。この第2回転数N2には、スタータ6を停止させてもガスタービン1が停止しない回転数、すなわちガスタービン1が自立運転可能な回転数が設定される。電子制御装置60は、高速軸5bの回転数Nが第2回転数N2より高くなるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、高速軸5bの回転数Nが第2回転数N2より高いと判断した場合はステップS30に進み、電子制御装置60はスタータ6を停止させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
この第1の形態では、点火栓47から遠い#6、#12の燃料噴射弁41の開弁時期を点火栓47に近い#1、#7の燃料噴射弁41の開弁時期よりも遅くする。また、図4に示したように各燃料噴射弁41の開弁時期は、点火栓47から遠くなるほど遅くなるように設定される。周知のように燃焼の火炎は点火栓47の周囲で発生し、その後外側に伝播する。そのため、このように点火栓47から遠い燃料噴射弁41ほど開弁時期を遅くすることにより、火炎が到達するまでにこれらの燃料噴射弁41から無駄に燃料が噴射されることを抑制できる。また、#2〜#6及び#8〜#12の各燃料噴射弁41は、火炎が到達していると予想される時期に開弁されるので、これらの燃料噴射弁41から噴射された燃料を速やかに燃焼させることができる。これにより、未燃燃料の発生を抑制できるので、始動時にガスタービン1から未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制できる。また、始動時に各燃料噴射弁41から無駄に燃料が噴射されることを抑制できるので、ガスタービン1の燃費を改善することができる。
この形態では、第1温度センサ48及び第2温度センサ49の少なくともいずれか一方によって検出された温度が判定温度以上になってから、すなわち#1、#7の燃料噴射弁41から噴射された燃料の着火が確認されてから#2〜#6及び#8〜#12の各燃料噴射弁41を開弁させる。そのため、これら#2〜#6及び#8〜#12の各燃料噴射弁41から噴射された燃料が未燃のまま排出されることをより確実に抑制できる。
(第2の形態)
図5〜図7を参照して本発明の第2の形態に係る制御装置について説明する。図5は、この形態における燃料器40の断面を示す図である。なお、この形態においてもガスタービン1の他の部分については図1が参照される。この図5に示したようにこの形態では、第1温度センサ48及び第2温度センサ49が省略されている。それ以外は第1の形態と同じである。そのため、第1の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図6は、この形態において電子制御装置60が実行する始動制御ルーチンを示している。第1の形態と同様に、この始動制御ルーチンも所定の始動条件が成立した場合に実行される。また、この始動制御ルーチンも電子制御装置60が実行する他のルーチンと並行に実行される。
図5〜図7を参照して本発明の第2の形態に係る制御装置について説明する。図5は、この形態における燃料器40の断面を示す図である。なお、この形態においてもガスタービン1の他の部分については図1が参照される。この図5に示したようにこの形態では、第1温度センサ48及び第2温度センサ49が省略されている。それ以外は第1の形態と同じである。そのため、第1の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図6は、この形態において電子制御装置60が実行する始動制御ルーチンを示している。第1の形態と同様に、この始動制御ルーチンも所定の始動条件が成立した場合に実行される。また、この始動制御ルーチンも電子制御装置60が実行する他のルーチンと並行に実行される。
図6の制御ルーチンにおいて電子制御装置60は、まずステップS11で初期データを取得する。次のステップS12において電子制御装置60は、始動時のガスタービン1の運転条件を設定する。この処理において電子制御装置60は、図7に示したマップに基づいて各燃料噴射弁41の開弁時期を設定する。この図7は、#1、#7の燃料噴射弁41の開弁時期を基準とした場合の各燃料噴射弁41の開弁時期を示している。#2〜#6及び#8〜#12の各燃料噴射弁41の開弁時期には、#1、#7の燃料噴射弁41から噴射された燃料により発生した火炎がこれら各燃料噴射弁41に到達すると予想される時間が設定される。そのため、#2、#8の燃料噴射弁41の遅延時間T11には、#1、#7の燃料噴射弁41の開弁時期からそれらの燃料噴射弁41から噴射された燃料により発生した火炎が#2、#8の燃料噴射弁41に到達すると予想される時点までの予想時間が設定される。他の遅延時間T12〜T15においても同様に、#1、#7の燃料噴射弁41の開弁時期から#3〜#6、#9〜#12のそれぞれの燃料噴射弁41に火炎が到達すると予想される時点までの予想時間がそれぞれ設定される。この図に示したように遅延時間T11〜T15は、T11<T12<T13<T14<T15の関係になるように設定される。これら遅延時間T11〜T15は、予め実験や数値計算等により求めて電子制御装置60のROMに記憶させておけばよい。また、この形態においても第1の形態と同様に開弁時期は、始動時のガスタービン1の温度、大気の温度、及び大気圧等に基づいて補正してもよい。
その後、電子制御装置60は、ステップS13〜S16まで図3の制御ルーチンと同様に処理を進める。続くステップS18において電子制御装置60は、#1、#7の燃料噴射弁41を開弁させてから経過した時間を測定するためのタイマTをリセットし、その後タイマTによるカウントを開始する。
次のステップS41において電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T11以上か否か判断する。電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T11以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。タイマTの値が遅延時間T11以上と判断した場合はステップS20に進み、電子制御装置60は#2、#8の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁する。
次のステップS42において電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T12以上か否か判断する。電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T12以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマTの値が遅延時間T12以上と判断した場合はステップS22に進み、電子制御装置60は#3、#9の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁する。続くステップS43において電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T13以上か否か判断する。電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T13以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマTの値が遅延時間T13以上と判断した場合はステップS24に進み、電子制御装置60は#4、#10の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁する。
次のステップS44において電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T14以上か否か判断する。電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T14以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマTの値が遅延時間T14以上と判断した場合はステップS26に進み、電子制御装置60は#5、#11の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁する。続くステップS45において電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T15以上か否か判断する。電子制御装置60は、タイマTの値が遅延時間T15以上になるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、タイマTの値が遅延時間T15以上と判断した場合はステップS28に進み、電子制御装置60は#6、#12の燃料噴射弁41をそれぞれ開弁する。その後、電子制御装置60はステップS29、S30の処理を実行して今回の制御ルーチンを終了する。
この第2の形態においても、各燃料噴射弁41の開弁時期は点火栓47から遠くなるほど遅くなるように設定される。そのため、火炎が到達するまでに#2〜#6及び#8〜#12の各燃料噴射弁41から無駄に燃料が噴射されることを抑制できる。従って、始動時にガスタービン1から未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制できる。また、燃料の無駄な噴射を抑制できるので、ガスタービン1の燃費を改善することができる。さらにこの形態では、燃焼器40に温度センサを設ける必要がないので、コストを低減できる。
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の制御装置が適用されるガスタービンの燃料噴射弁の数は12個に限定されない。燃焼器の外周に複数の燃料噴射弁が設けられているガスタービンに本発明は適用できる。
また、本発明は、燃焼器に2個以上の点火栓が設けられているガスタービンに適用してもよい。この場合、各燃料噴射弁を開弁させる順番は上述した形態の順番に限定されない。例えば、図2の燃焼器において#1と#7の燃料噴射弁の間に加えて#1と#2の燃料噴射弁の間にも点火栓が設けられている場合は、まず#1、#2、#7の各燃料噴射弁を開弁し、その後#3及び#8の燃料噴射弁、#4及び#9の燃料噴射弁、#5及び#10の燃料噴射弁の順に各燃料噴射弁を開弁させてもよい。また、図2の燃焼器において#1と#7の燃料噴射弁の間に加えて#6と#12の燃料噴射弁の間にも点火栓が設けられている場合は、まず#1、#6、#7、#12の各燃料噴射弁を開弁し、その後#2、#5、#8、#11の燃料噴射弁、#3、#4、#9、#10の燃料噴射弁の順に各燃料噴射弁を開弁させてもよい。すなわち、本発明においては、点火栓から遠い位置に設けられている燃料噴射弁の開弁時期が点火栓に近い位置に設けられている燃料噴射弁の開弁時期よりも遅くなるように各燃料噴射弁の動作を制御すればよい。これらの場合においても未燃燃料の発生を抑制できるので、始動時にガスタービンから未燃炭化水素が排出されることを十分に抑制できる。また、始動時に無駄に燃料が噴射されることを抑制できるので、ガスタービンの燃費を改善できる。
Claims (10)
- 圧縮機で圧縮された空気が供給され、かつ燃焼室の形状が円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、
前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御する制御手段を備えているガスタービンの制御装置。 - 前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から前記点火手段に対して最も遠くにある燃料噴射弁に向かってそれらの間にある燃料噴射弁が所定の間隔で順次開弁されるように前記複数の燃料噴射弁の動作を制御する請求項1に記載のガスタービンの制御装置。
- 前記複数の燃料噴射弁のうち前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁の周囲に配置されて前記燃焼器内の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させ、その後前記温度検出手段により検出された温度が所定の判定温度以上になった場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項1又は2に記載のガスタービンの制御装置。 - 各燃料噴射弁には、前記点火手段からの距離に応じて遅延時間がそれぞれ設定されており、
前記制御手段は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させた時点から経過した時間がいずれかの燃料噴射弁の遅延時間以上になった場合に、その遅延時間が設定されている燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項1又は2に記載のガスタービンの制御装置。 - 前記遅延時間は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から噴射された燃料にて発生した火炎が各燃料噴射弁に到達すると予想される時間である請求項4に記載のガスタービンの制御装置。
- 圧縮機で圧縮された空気が供給され、かつ燃焼室の形状が円筒状の燃焼器と、前記燃焼器内に燃料を噴射可能なように前記燃焼器に周方向に並べて設けられた複数の燃料噴射弁と、前記燃焼器内の燃料混合気に点火可能なように前記燃焼器に設けられた点火手段と、を備えたガスタービンに適用され、
前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段から遠い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期が前記点火手段に近い位置にある燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも遅くなるように前記複数の燃料噴射弁の動作をそれぞれ制御するガスタービンの始動方法。 - 前記ガスタービンを始動する場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から前記点火手段に対して最も遠くにある燃料噴射弁に向かってそれらの間にある燃料噴射弁を所定の間隔で順次開弁させる請求項6に記載のガスタービンの始動方法。
- 前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料が噴射されている状態で、前記燃焼器内の温度が所定の判定温度以上になった場合に、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁以外の燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項6又は7に記載のガスタービンの始動方法。
- 各燃料噴射弁には、前記点火手段からの距離に応じて遅延時間がそれぞれ設定されており、
前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から燃料を噴射させた時点から経過した時間がいずれかの燃料噴射弁の遅延時間以上になった場合に、その遅延時間が設定されている燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項6又は7に記載のガスタービンの始動方法。 - 前記遅延時間は、前記点火手段の最も近くにある燃料噴射弁から噴射された燃料にて発生した火炎が各燃料噴射弁に到達すると予想される時間である請求項9に記載のガスタービンの始動方法。
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